CN109585869B - 基于盐穴的有机液流电池的电解液的回收方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于盐穴的有机液流电池的电解液的回收方法,包括如下步骤:S1、将有机液流电池中的电解液导入超滤预处理系统,去除所述电解液中的一部分杂质,所述杂质包括颗粒悬浮物;S2、所述电解液经过所述超滤预处理系统后进入无机盐溶液分离系统,所述无机盐分离系统能够将所述电解液内的无机盐和电解质溶液分离开,所述电解质溶液中包括电解液活性物质;S3、将所述电解质溶液经过溶液萃取处理系统,通过萃取剂将所述电解液活性物质中溶解性质不同的正极活性物质和负极活性物质分离开。该回收方法实现了电解液的循环利用,减小了废弃物的排放并节约了成本,具有绿色环保、节约成本等优点。

Description

基于盐穴的有机液流电池的电解液的回收方法
技术领域
本发明涉及储能氧化还原液流电池领域,具体涉及一种基于盐穴的有机液流电池的电解液的回收方法。
背景技术
随着经济快速发展,伴随而来的环境以及能源短缺等问题日趋严重,促进了一些清洁能源的大力发展,例如风能、太阳能和潮汐能等。但是由于这些可再生能源的不连续性和不稳定性,使其利用受到大量限制,利用率低。因此,需要大力发展储能技术,为电网的稳定性提供保障。在各种储能技术中,液流电池储能技术由于具有容量大、安全性高、低成本等优势,因此是大规模储能技术的首选。盐穴是盐矿开采后留下的矿洞,具有体积巨大、密封良好等优点。现有的盐穴多用于储存石油、天然气以及相关产品,关于基于盐穴的有机液流电池的研究较少。
在液流电池的工业应用中电解液的回收是一个比较关键的问题。目前,对于钒液流电池的电解液回收已经有大量的研究成果,但是对于有机液流电池电解液的研究还比较少,同时由于有机活性物质选材比较丰富,不同的活性物质的性质不同致使回收方法也不同,因此有必要根据特定的有机液流电池制定相应的电解液回收方法。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
为此,本发明提出一种基于盐穴的有机液流电池的电解液的回收方法,该回收方法能够实现电解液的循环利用,减小废弃物的排放并节约成本。
根据本发明实施例的基于盐穴的有机液流电池的电解液的回收方法,包括如下步骤:S1、将有机液流电池中的电解液导入超滤预处理系统,去除所述电解液中的一部分杂质,所述杂质包括颗粒悬浮物;S2、所述电解液经过所述超滤预处理系统后进入无机盐溶液分离系统,所述无机盐溶液分离系统能够将所述电解液内的无机盐和电解质溶液分离开,所述电解质溶液中包括电解液活性物质;S3、将所述电解质溶液经过溶液萃取处理系统,通过萃取剂将所述电解液活性物质中的溶解性质不同的正极活性物质和负极活性物质分离开。
根据本发明实施例的基于盐穴的有机液流电池的电解液的回收方法,首先通过超滤预处理系统去除电解液中的颗粒悬浮物等,然后在无机盐溶液分离系统中通过离子基团强化的小孔径膜将无机盐和电解质溶液分离开来,最后通过溶液萃取系统将两种电解质活性物质分离开来,能够实现电解质溶液的循环利用,减小废弃物的排放并节约成本,是一种绿色环保的技术。
根据本发明一个实施例,所述步骤S1和所述步骤S2中,所述电解液分别进行恒流过滤。
根据本发明一个实施例,所述步骤S1中所述电解液在压力范围为0.02MPa~0.15MPa下进行恒流过滤。
根据本发明一个实施例,所述步骤S2中所述电解液在压力范围为0.05MPa~0.2MPa下进行恒流过滤。
根据本发明一个实施例,当所述超滤预处理系统中的压力大于0.15MPa时,对所述超滤预处理系统进行化学清洗。
根据本发明一个实施例,所述超滤预处理系统通过超滤膜去除所述杂质,所述超滤膜形成为卷式膜、平板膜、管式膜或中空纤维膜。
根据本发明一个实施例,所述超滤膜的膜材质为聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚醚砜、聚砜、聚丙烯腈、聚氯乙烯、无机陶瓷类中的一种。
根据本发明一个实施例,所述超滤膜的孔径为30nm~80nm。
根据本发明一个实施例,所述无机盐溶液分离系统包括:盘式过滤预处理系统,所述盘式过滤预处理系统能够去除所述电解液中的又一部分杂质;膜过滤系统,经过所述盘式过滤预处理系统处理后的所述电解液经过所述膜过滤系统,所述膜过滤系统能够将所述无机盐和所述电解质溶液分离开。
根据本发明一个实施例,所述膜过滤系统包括经过离子基团强化的小孔径膜,通过对所述无机盐和所述电解液活性物质的离子选择性不同将所述无机盐和所述电解质溶液分离开。
根据本发明一个实施例,所述小孔径膜上具有离子氨基基团、磷酸基基团、羧基基团、磺酸基基团中的至少一个以用于促进离子选择性。
根据本发明一个实施例,所述小孔径膜的材质为聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚醚砜、聚砜、聚丙烯腈、聚氯乙烯、无机陶瓷类中的一种。
根据本发明一个实施例,所述小孔径膜的孔径范围为2nm~20nm。
根据本发明一个实施例,所述溶液萃取系统通过萃取剂将所述正极活性物质和所述负极活性物质分离,所述萃取剂为乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇、叔丁醇中的一种。
根据本发明一个实施例,所述正极活性物质为4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物,所述负极活性物质为核黄素-5'-单磷酸钠盐。
根据本发明一个实施例,所述有机液流电池包括:两个电解液储液库,两个所述电解液储液库间隔开相对设置,所述电解液储液库为盐矿开采后形成的具有物理溶腔的盐穴,所述溶腔内储存有所述电解液,所述电解液中包括所述电解液活性物质和支持电解质;液流电池堆,所述液流电池堆分别与两个所述电解液储液库连通,所述电解液储液库内的所述电解液循环流动至所述液流电池堆参与电化学反应,所述液流电池堆内的电解液通过所述回收方法进行回收处理。
根据本发明一个实施例,所述盐穴的深度在地下100m~2000m,物理体积在103m3~106m 3,地热温度在25℃~70℃,所述溶腔的直径为40m~120m,高度60m~400m。
根据本发明一个实施例,所述支持电解质为单组份盐水溶液或混合盐水溶液。
根据本发明一个实施例,所述支持电解质为NaCl盐溶液、KCl盐溶液、Na 2SO4盐溶液、K 2SO4盐溶液、MgCl2盐溶液、MgSO 4盐溶液、CaCl 2盐溶液、CaSO 4盐溶液、BaCl 2盐溶液、BaSO4盐溶液中的至少一种。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解,其中:
图1是根据本发明一实施例的基于盐穴的有机液流电池的结构示意图;
图2是根据本发明一实施例的基于盐穴的有机液流电池的电解液的回收方法的示意图。
附图标记:
基于盐穴的含添加剂的有机液流电池100;
电解液储液库10;溶腔11;
液流电池堆20;
基于盐穴的有机液流电池的电解液的回收方法200。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,仅用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面参考附图具体描述根据本发明实施例的基于盐穴的有机液流电池的电解液的回收方法200。
如图2所示,根据本发明实施例的基于盐穴的有机液流电池的电解液的回收方法包括如下步骤:
S1、将有机液流电池中的电解液导入超滤预处理系统,去除所述电解液中的一部分杂质,所述杂质包括颗粒悬浮物。
S2、所述电解液经过所述超滤预处理系统后进入无机盐溶液分离系统,所述无机盐溶液分离系统能够将所述电解液内的无机盐和电解质溶液分离开,所述电解质溶液中包括电解液活性物质。
S3、将所述电解质溶液经过溶液萃取处理系统,通过萃取剂将所述电解液活性物质中的溶解性质不同的正极活性物质和负极活性物质分离开。
由此,根据本发明实施例的基于盐穴的有机液流电池的电解液的回收方法200能够实现电解质溶液的循环利用,针对其电解液的性质,制定方法对其进行回收,减小废弃物的排放并节约了成本,具有绿色环保等优点。
根据本发明的一个实施例,所述步骤S1和所述步骤S2中,所述电解液分别进行恒流过滤。
在本发明的一些具体实施方式中,所述步骤S1中所述电解液在压力范围为0.02MPa~0.15MPa下进行恒流过滤。
在本发明的一些具体实施方式中,所述步骤S2中所述电解液在压力范围为0.05MPa~0.2MPa下进行恒流过滤。
根据本发明的一个实施例,所述步骤S1中,当所述超滤预处理系统中的压力大于0.15MPa时,对所述超滤预处理系统进行化学清洗。
根据本发明的一个实施例,所述步骤S1中,所述超滤预处理系统通过超滤膜去除所述杂质,所述超滤膜形成为卷式膜、平板膜、管式膜或中空纤维膜。
进一步地,所述超滤膜的膜材质为聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚醚砜、聚砜、聚丙烯腈、聚氯乙烯、无机陶瓷类中的一种。
可选地,所述超滤膜的孔径为30nm~80nm。
如图1所示,根据本发明的一个实施例,所述无机盐溶液分离系统包括盘式过滤预处理系统和膜过滤系统,所述盘式过滤预处理系统能够去除所述电解液中的又一部分杂质,经过所述盘式过滤预处理系统处理后的所述电解液经过所述膜过滤系统,所述膜过滤系统能够将所述无机盐和所述电解质溶液分离开。
进一步地,所述膜过滤系统包括经过离子基团强化的小孔径膜,通过对所述无机盐和所述电解液活性物质的离子选择性不同将所述无机盐和所述电解质溶液分离开。
可选地,所述小孔径膜上具有离子氨基基团、磷酸基基团、羧基基团、磺酸基基团中的至少一个以用于促进离子选择性。
根据本发明的一个实施例,所述小孔径膜的材质为聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚醚砜、聚砜、聚丙烯腈、聚氯乙烯、无机陶瓷类中的一种。
在本发明的一些具体实施方式中,所述小孔径膜的孔径范围为2nm~20nm。
根据本发明的一个实施例,所述溶液萃取系统通过萃取剂将所述正极活性物质和所述负极活性物质分离,所述萃取剂为乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇、叔丁醇中的一种。
根据本发明的一个实施例,所述正极活性物质为4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物,所述负极活性物质为核黄素-5'-单磷酸钠盐。
在本发明的一些具体实施方式中,所述有机液流电池100包括两个电解液储液库10和液流电池堆20。
具体地,两个所述电解液储液库10间隔开相对设置,所述电解液储液库10为盐矿开采后形成的具有物理溶腔11的盐穴,所述溶腔11内储存有所述电解液,所述电解液中包括所述电解液活性物质和支持电解质,所述液流电池堆20分别与两个所述电解液储液库10连通,所述电解液储液库10内的所述电解液循环流动至所述液流电池堆20参与电化学反应,所述液流电池堆20内的电解液通过所述回收方法进行回收处理。
进一步地,所述盐穴的深度在地下100m~2000m,物理体积在103m 3~106m 3,地热温度在25℃~70℃,所述溶腔11的直径为40m~120m,高度60m~400m。
根据本发明的一个实施例,所述支持电解质为单组份盐水溶液或混合盐水溶液。
可选地,所述支持电解质为NaCl盐溶液、KCl盐溶液、Na2 SO 4盐溶液、K 2SO4盐溶液、MgCl 2盐溶液、MgSO 4盐溶液、CaCl 2盐溶液、CaSO4盐溶液、BaCl 2盐溶液、BaSO4盐溶液中的至少一种。
总而言之,根据本发明实施例的基于盐穴的有机液流电池的电解液的回收方法200,通过采用膜过滤和溶液萃取等方法实现了电解液的循环利用,具有方法简单,操作方便,减小废弃物的排放,节约成本,绿色环保等优点。
下面结合具体实施例对本发明实施例的基于盐穴的有机液流电池100以及该有机液流电池的电解液的回收方法200进行具体说明。
实施例1
采用地下深度600m,物理体积为10万m3,高度为80m,最大直径为60m,地热温度为30℃的两个盐穴分别作为包含阳极电解液的一电解液储液库10和包含阴极电解液的另一电解液储液库10,阳极电解液中的正极活性物质为4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物,阴极电解液中的负极活性物质为核黄素-5'-单磷酸钠盐,支持电解质为NaCl溶液。
电解液的回收:
超滤膜孔径为50nm,材质为聚丙烯的中空纤维膜,运行压降为0.05MPa左右,小孔径膜选用的是孔径2nm的用氨基修饰的聚偏氟乙烯膜,运行压降为0.1MPa左右,溶液萃取选用的是乙醇。通过小孔径膜过滤,对4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物、核黄素-5'-单磷酸钠盐、NaCl的截留率分别为95%、92%、20%。由于核黄素-5'-单磷酸钠盐不溶于乙醇,通过乙醇萃取率为90%。
实施例2
采用地下深度800m,物理体积为20万m3,高度为80m,最大直径为100m,地热温度为38℃的两个盐穴分别作为包含阳极电解液的一电解液储液库10和包含阴极电解液的另一电解液储液库10,阳极电解液中的正极活性物质为4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物,阴极电解液中的负极活性物质为核黄素-5'-单磷酸钠盐,支持电解质为KCl溶液。
电解液的回收:
超滤膜孔径为60nm,材质为聚偏氟乙烯的中空纤维膜,运行压降为0.05MPa左右,小孔径膜选用的是孔径5nm的用磺酸基修饰的TiO 2陶瓷膜,运行压降为0.1MPa左右,溶液萃取选用的是丙醇。通过小孔径膜过滤,对4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物、核黄素-5'-单磷酸钠盐、NaCl的截留率分别为90%、89%、15%。由于核黄素-5'-单磷酸钠盐不溶于乙醇,通过乙醇萃取率为92%。
实施例3
采用地下深度1000m,物理体积为20万m 3,高度为100m,最大直径为100m,地热温度为38℃的两个盐穴分别作为包含阳极电解液的一电解液储液库10和包含阴极电解液的另一电解液储液库10,阳极电解液中的正极活性物质为4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物,阴极电解液中的负极活性物质为核黄素-5'-单磷酸钠盐,支持电解质为NaCl溶液。
电解液的回收:
超滤膜孔径为50nm,材质为聚偏氟乙烯的中空纤维膜,运行压降为0.05MPa左右,小孔径膜选用的是孔径4nm的用氨基修饰的ZrO 2陶瓷膜,运行压降为0.1MPa左右,溶液萃取选用的是正丁醇。通过小孔径膜过滤,对4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物、核黄素-5'-单磷酸钠盐、NaCl的截留率分别为91%、90%、15%。由于核黄素-5'-单磷酸钠盐不溶于乙醇,通过乙醇萃取率为92%。
总而言之,根据本发明实施例的基于盐穴的有机液流电池的电解液的回收方法200首先通过超滤预处理系统去除电解液中的颗粒悬浮物等,然后在无机盐溶液分离系统通过离子基团强化的小孔径膜将无机盐和电解质溶液分离开来,最后通过溶液萃取处理系统将两种电解质活性物质分离开来。通过该种方法实现了电解质溶液的循环利用,减小了废弃物的排放并节约了成本,是一种绿色环保的技术。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,本领域的普通技术人员可以理解:在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (15)

1.一种基于盐穴的有机液流电池的电解液的回收方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1、将有机液流电池中的电解液导入超滤预处理系统,去除所述电解液中的一部分杂质,所述杂质包括颗粒悬浮物;
S2、所述电解液经过所述超滤预处理系统后进入无机盐溶液分离系统,所述无机盐溶液分离系统能够将所述电解液内的无机盐和电解质溶液分离开,所述电解质溶液中包括电解液活性物质,所述无机盐溶液分离系统包括:
盘式过滤预处理系统,所述盘式过滤预处理系统能够去除所述电解液中的又一部分杂质;
膜过滤系统,经过所述盘式过滤预处理系统处理后的所述电解液经过所述膜过滤系统,所述膜过滤系统能够将所述无机盐和所述电解质溶液分离开;
所述膜过滤系统包括经过离子基团强化的小孔径膜,通过对所述无机盐和所述电解液活性物质的离子选择性不同将所述无机盐和所述电解质溶液分离开;
S3、将所述电解质溶液经过溶液萃取系统,通过萃取剂将所述电解液活性物质中的溶解性质不同的正极活性物质和负极活性物质分离开;
所述溶液萃取系统通过萃取剂将所述正极活性物质和所述负极活性物质分离,所述萃取剂为乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇、叔丁醇中的一种;
所述正极活性物质为4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物,所述负极活性物质为核黄素-5'-单磷酸钠盐。
2.根据权利要求1所述的回收方法,其特征在于,所述步骤S1和所述步骤S2中,所述电解液分别进行恒流过滤。
3.根据权利要求2所述的回收方法,其特征在于,所述步骤S1中所述电解液在压力范围为0.02MPa~0.15MPa下进行恒流过滤。
4.根据权利要求2所述的回收方法,其特征在于,所述步骤S2中所述电解液在压力范围为0.05MPa~0.2MPa下进行恒流过滤。
5.根据权利要求1所述的回收方法,其特征在于,所述步骤S1中,当所述超滤预处理系统中的压力大于0.15MPa时,对所述超滤预处理系统进行化学清洗。
6.根据权利要求1所述的回收方法,其特征在于,所述步骤S1中,所述超滤预处理系统通过超滤膜去除所述杂质,所述超滤膜形成为卷式膜、平板膜、管式膜或中空纤维膜。
7.根据权利要求6所述的回收方法,其特征在于,所述超滤膜的膜材质为聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚醚砜、聚砜、聚丙烯腈、聚氯乙烯、无机陶瓷类中的一种。
8.根据权利要求6所述的回收方法,其特征在于,所述超滤膜的孔径为30nm~80nm。
9.根据权利要求1所述的回收方法,其特征在于,所述小孔径膜上具有离子氨基基团、磷酸基基团、羧基基团、磺酸基基团中的至少一个以用于促进离子选择性。
10.根据权利要求1所述的回收方法,其特征在于,所述小孔径膜的材质为聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚醚砜、聚砜、聚丙烯腈、聚氯乙烯、无机陶瓷类中的一种。
11.根据权利要求1所述的回收方法,其特征在于,所述小孔径膜的孔径范围为2nm~20nm。
12.根据权利要求1所述的回收方法,其特征在于,所述有机液流电池包括:
两个电解液储液库,两个所述电解液储液库间隔开相对设置,所述电解液储液库为盐矿开采后形成的具有物理溶腔的盐穴,所述溶腔内储存有所述电解液,所述电解液中包括所述电解液活性物质和支持电解质;
液流电池堆,所述液流电池堆分别与两个所述电解液储液库连通,所述电解液储液库内的所述电解液循环流动至所述液流电池堆参与电化学反应,所述液流电池堆内的电解液通过所述回收方法进行回收处理。
13.根据权利要求12所述的回收方法,其特征在于,所述盐穴的深度在地下100m~2000m,物理体积在103m3~106m3,地热温度在25℃~70℃,所述溶腔的直径为40m~120m,高度60m~400m。
14.根据权利要求12所述的回收方法,其特征在于,所述支持电解质为单组份盐水溶液或混合盐水溶液。
15.根据权利要求14所述的回收方法,其特征在于,所述支持电解质为NaCl盐溶液、KCl盐溶液、Na2SO4盐溶液、K2SO4盐溶液、MgCl2盐溶液、MgSO4盐溶液、CaCl2盐溶液、CaSO4盐溶液、BaCl2盐溶液、BaSO4盐溶液中的至少一种。
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