CN103117407A - 移动式钒电解液制备装置及钒电解液制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种移动式钒电解液制备装置，其包括一个可搬运的作业箱，该作业箱至少包含电解区和检测区，电解区配有电解装置，用于电解制备钒电解液，所述检测区配有检测装置，用于分析和调配钒电解液。本发明还涉及电解法制备钒电解液的方法。该方法和装置可以用于生产其他液流电池电解液。本发明解决的技术问题是克服现有技术中制备电解液的场所固定的限制，提出一种生产地址机动灵活的技术方案，同时利用太阳能、风能发电提供的电力、晚间低谷电等进行电解液的电解生产。

Description

移动式钒电解液制备装置及钒电解液制备方法
技术领域
本发明涉及钒液流电池电解液生产领域，特别涉及电解液的生产装置和方法。
背景技术
当前，随着化石能源的逐渐耗尽，能源问题在世界范围内日益紧迫。开发新能源及如何更高效地利用现有能源成为当前的热点议题。太阳能、风能等是世界公认的较有发展前途的新能源，但由于日光照射的周期性及风力的间歇性等原因，使得其应用在目前受到一定限制；电网配电的总功率是恒定的，但负载所需的功率却随着昼夜的交叠而有所不同，这期间就会产生一种能源浪费的问题。大容量高效率的蓄能系统可以很好地解决以上两个问题。目前用得较广范的储能系统有：扬水储能系统（如抽水蓄能电站）、压缩空气储能系统、大容量电容器及各种蓄能电池等。液流电池以其特有的不受地理位置所限置，规模可调，可大功率深度放电等优势而受到业内人士的广范青睐。
液流电池主要有多硫化钠/溴、铁/杂多酸、铁/铬、铈/钒和全钒液流电池等，其中全钒氧化还原电池（VRB）具有一系列独特的优势。它的正负极电解液用的全是单一的具有多价态的元素—钒，这使得电池在使用过程中不会因正负极电解液互渗的原因而影响电解液性质，从而使得电池具有较长的寿命。
目前，钒电池电解液主要通过电解法制备。电解法以V2O5或偏钒酸盐NH4VO3为原料，H2SO4为介质，电解生成含V(II)、V(III)、V(IV)的溶液。电解法与化学合成法相比，电解法实验操作更简单，适宜于大规模生产，有利于钒电池的实用化。
目前，钒电解液的生产都是在固定的场所进行，即是说，电解液的制备和检测都是在钒电池生产厂家处完成，厂家将检测合格的钒电解液运送到钒电池使用地。而实际上，规模化使用钒电池的地方经常是利用太阳能和风能的大场所，即太阳能发电站和风能发电站，这些地方同时通常处于偏远地区，例如沙漠地带或者人烟罕见地区，例如中国的新疆、内蒙、甘肃等省份。这些地方往往离钒电池厂家路途遥远。生产厂家需要从其他地方运来大批原料，例如硫酸、钒原料，制成钒电解液后再运送到遥远的使用地，长途运输造成诸多不便，而且生产成本也高。
发明内容
本发明解决的技术问题是克服现有技术中制备钒电池电解液的场所固定的限制，提出一种生产地址机动灵活的技术方案。
本发明因此提出一种移动式钒电解液制备装置，其包括一个可搬运的作业箱，该作业箱至少包含电解区和检测区，电解区配有电解装置，用于电解制备钒电解液，所述检测区配有检测装置，用于分析钒电解液。
进一步地，该钒电解液制备装置还包括运载装置，用于转运所述作业箱，该作业箱固定安装在该运载装置上。
该作业箱可以包括原料存放区。优选将原料存放区分隔成钒原料存放区和酸等生产用原辅材料存放区。
该作业箱可以进一步包括办公区。
该作业箱还可以进一步包括储存区，用于储存电解液成品。
该作业箱还可以进一步包括废料处理区，以将作业过程中产生的废液废渣转化成环境可接受的废弃物或者回收再利用。
该作业箱还可以进一步混料区，用于钒原料、酸、去离子水和助剂的混合。
该作业箱还可以进一步包括泵送装置，用于将制成品输送至作业箱外部。
在本发明的第二方面，还涉及一种用于生产钒电解液的方法，其将生产装置通过一运载装置转运到钒电解液使用地，或者原料所在地进行现场生产。
本发明的技术方案避免了钒电池生产场地的限制，机动灵活地将钒电解液生产基地移动到任何便利的地方，会显著降低运输成本，也会降低用电成本。
本发明的一个特别有利的应用是将移动式生产装置运送至电解液使用地，这样可以就近取材，就近生产来满足批量电解液的生产，同时，可以利用这些地方富裕的太阳能、风能等发电等来直接进行电解液的电解制备，很大程度上降低电解液的生产成本，同时拓展富裕电力的使用。
附图说明
图1示出了根据本发明的作业箱的例举性实施例的示意图。
具体实施方式
本文中的术语“可搬运”可以理解为对作业箱的尺寸的限制，即，作业箱的尺寸适于被运输工具装载，以便进行位置移动，或者，作业箱可拆解成若干模块，以致为了位置转移可以分装在两辆或者更多的运载工具上，在到达目的地后，将各模块按生产需要进行拼装，还原成一个微型的钒电解液生产“车间”。
本发明与现有技术中在生产厂家进行电解液生产的方案显著不同，本发明将生产设备设置成可移动式，在需要时只要将设备拉到需要大量使用钒电解液的场所，进行现场生产，实现生产基地的机动性生产。这种方案具有突出优势。其一，可以选择合适的原料产地进行生产，即选择具体电解液使用地最近的原料产地，制成合格的钒电解液后直接运送到使用地，这样，省去了将原料运送到钒电解液生产厂家以及将成品运送到使用地的步骤，降低了运输成本。其二，使用钒电池的场所经常是风能发电站或者太阳能发电站，可以利用这些地方的风电/光伏或晚点低谷电进行电解液的制备，用电成本很低，充分利用这些地方的不能上网的低谷电，也节约了能源。第三，这些地方往往人员稀少，远离人类居住区，对环境的要求不太苛刻，可以承受电解液生产中带来的粉尘污染。
本发明中的作业箱优选地固定安装在一个运载装置上，该运载装置至少包括轮子和用于装载该作业箱的平台，或者轮子是直接安装在作业箱上,这时，运载装置与作业箱就合二为一。在一种具体实施方式中，本发明的移动式装置从外型上看是一个箱式卡车，其车厢即是上述的作业箱。
优选将作业箱划分为若干功能区。在本发明的典型实施方式中，作业箱包括原料存放区、电解区、检测区、混料区、办公区等。
原料存放区用于临时存放制备钒电解液所需的原料，例如五氧化二钒、浓硫酸、去离子水和其他原辅材料等，进一步优选将浓硫酸与钒原料分开存放，即将原料存放区分成不同的室，分别存放浓硫酸、水和钒原料等。在其他实施方式中，该原料存放区可以省略，而将原料存放在作业箱之外的其他建筑物内。
混料区用于配制电解制备钒电解液所用的原料，例如将一定比例的去离子水和浓硫酸进行调配成所需比例的稀酸，然后和五氧化二钒或一定量的助剂进行混合搅拌，成为电解液生产的粗料前驱体。在其他实施方式中，该混料区也可以不包含在作业箱中，而在其他建筑物或者场所进行混料作业。
电解区是作业箱中中的主要部分，其中装配有电解池，用于电解液的电解制备。在本发明的优选实施方式中，电解区分为粗电解区和精电解区，粗电解区主要是将浆料状的钒前驱体进行初级电解，使五氧化二钒快速溶解，使之成为四五价的混合液，精电解区是将溶解完全的四五价电解液进行持续的电解，使其达到可以满足使用的四价、三/四价或者三价电解液。电解池配备有多种电源接口——普通交流电接口、风电接口和太阳能电接口等，以便在可能的情况下优先使用风电和太阳能所发电力等。
检测区通常是作业箱所必须设置的，电解得到的钒电解液经常在电解程度、钒离子浓度方面不能符合要求，往往需要检测。通常需要借助自动电位滴定仪或紫外分光光度计等进行检测，同时辅助于人工分析滴定等快速检测方法。检测区通常与电解区邻接，以方便取样。
在一种优选实施方式中，作业箱还包括办公区，该办公区作为作业人员的休息场所，可以配置一定的办公设备，例如无线电话、电脑、打印机等，用于日常办公。在另一种实施方式中，办公区与检测区合二为一。在一种具体实施方式中，作业箱还包括调配区，用来对电解制备的电解液经测试后未达到标准时电解液的调制，包括电解液荷电态，酸度，浓度等的调整等。
在另一种实施方式中，作业箱还包括储存区，用于临时存放制成品，其配备至少一个储液容器，用于盛放制备好的钒电解液。储存区常配备有泵送装置，以便将钒电解液从储存区输出去。在本发明的其他实施方式中，该储存区也可以省略。在这些情况下，需要一个输送装置，其通常包含一泵，以将制备好的钒电解液及时输送出去，转运到使用地配备的大的储液罐中。
还可以为作业箱配备一定的环保设施，以处理制备过程中产生的酸雾，废水等废物，可用于本发明的环保装置包括但不限于酸雾稀释装置、碱液池等。
在本发明中，上述各功能区可以仅仅是使用区域上的划分，之间不设有隔离墙。但是，用隔离墙将各区域分隔成小室是优选的，可以防止各区域之间的相互污染。各区域的布局可以根据操作的便利性需要进行设置。图1显示本发明的一个例举性实施例，其中包括办公区、储存区、检测区、原料存放区、混料区和电解区。这些区域被分隔成小室，并分成两列，两列之间由过道。在储存区有泵送装置，用于将储存区的电解液输送出去。整个作业箱的长为5~10米，宽为2.2~3米。当然本发明不限于此尺寸，当作业箱为多模块构成时，其可以有更大的尺寸。
本发明的构思不仅可以用在钒电解液的电解制备，还可以用在电解制备其他液流电池电解液的场合。当用于其他应用场合时，上述的某些技术细节可能需要做适当调整，本领域技术人员根据自身经验或者行业惯常操作很容易得到调整方案。
以上结合一个具体实施例阐述了本发明的构思，对于本领域的技术人员来说，本发明在各个技术细节方面可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种移动式钒电解液的生产装置，其特征在于，包括：
一个可搬运的作业箱，包含电解区和检测区，所述电解区配有电解装置，用于电解制备钒电解液，所述检测区配有检测装置，用于分析钒电解液。
2.根据权利要求1所述的钒电解液生产装置，其特征在于，进一步包括运载装置，用于转运所述作业箱，所述作业箱固定安装在所述运载装置上。
3.根据权利要求1所述的钒电解液生产装置，其特征在于，所述作业箱包括原料存放区。
4.根据权利要求1所述的钒电解液制备装置，其特征在于，所述作业箱进一步包括调配区。
5.根据权利要求1所述的钒电解液生产装置，其特征在于，进一步包括办公区。
6.根据权利要求1所述的钒电解液生产装置，其特征在于，进一步包括储存区。
7.根据权利要求1所述的钒电解液生产装置，其特征在于，进一步包括废料处理区。
8.根据权利要求4所述的钒电解液生产装置，其特征在于，进一步包括混料区。
9.根据权利要求1所述的钒电解液生产装置，其特征在于，进一步包括泵送装置。
10.一种用于电解法生产钒电解液的方法，其特征在于，将生产装置通过一运载装置转运到钒电解液使用地，或者原料所在地进行现场生产。
11.根据权利要求10的方法，其特征在于，所述生产装置被集成在所述运载装置上。
12.一种移动式液流电池电解液生产装置，其特征在于，其包含权利要求1至10任一项所述的作业箱。
13.一种电解法生产液流电池电解液的方法，其特征在于，将生产装置通过一运载装置转运到电解液使用地，或者原料所在地进行现场生产。
14.根据权利要求13的方法，其特征在于，所述生产装置被集成在所述运载装置上。
15.根据权利要求13的方法，该电解装置所需的电力由太阳能发电、风力发电或其它类型的可再生能源发电、备用电源所提供，或者由市电提供。
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