RU2003107048A - Приготовление ванадиевого электролита с помощью асимметричных электролизеров восстановления ванадия и использование асимметричного электролизера восстановления ванадия для восстановления баланса состояния заряда электролитов работающей ванадиевой восстановительно-окислительной батареи - Google Patents

Claims (13)

1. Способ получения кислого ванадиевого раствора электролита, содержащего V⁺³ и V⁺⁴ в нужном концентрационном отношении, из твердой пятиокиси ванадия, подаваемой в раствор электролита, заключающийся в том, что осуществляют электрохимическое восстановление, по меньшей мере частично, растворенного ванадия в кислом растворе электролита путем циркуляции раствора электролита через множество электролизеров в каскаде по меньшей мере до степени окисления V⁺³ или до более низкой степени окисления, осуществляют реагирование восстановленного таким образом ванадия, содержащегося в растворе электролита, выходящем из последнего из указанных электролизеров, со стехиометрическим количеством пятиокиси ванадия, получая при этом раствор электролита, содержащий ванадий по существу в степени окисления V⁺⁴, вводят кислоту и воду для поддержания определенной молярности раствора, осуществляют непрерывное рециркулирование раствора электролита через каскад электролизеров, при этом отводя поток получаемого раствора электролита, содержащего V⁺³ и V⁺⁴ в нужных концентрациях, на выходе одного из электролизеров указанного каскада, причем каждый электролизер имеет катод и анод с соответствующими морфологиями поверхности, геометрией и взаимным расположением для установления на анодной поверхности плотности тока, от 5 до 20 раз превышающей плотность тока на проецируемой катодной поверхности, и выделения кислорода на аноде.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанный раствор электролита является сернокислым раствором, и молярное содержание ванадия составляет от 1 до 5.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что плотность тока на проецируемой катодной поверхности составляет от 100 до 300 А/м², а плотность тока на анодной поверхности составляет от 1000 до 8000 А/м².

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что указанная окись ванадия находится в виде порошка и имеет размер частиц не более 100 мкм.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что после реагирования восстановленного ванадиевого раствора электролита с указанным стехиометрическим количеством пятиокиси ванадия раствор отделяют от каких-либо остаточных нерастворенных частиц пятиокиси ванадия.

6. Установка для приготовления ванадиевого раствора электролита, содержащего V⁺³ и V⁺⁴ в нужном концентрационном отношении, из твердого сырья в виде пятиокиси ванадия, состоящая из множества электролизеров для восстановления ванадия, гидравлически соединенных в каскад и электрически запитываемых последовательно от регулируемого источника постоянного тока, емкости растворения, собирающей восстановленный раствор электролита, выходящий из последнего электролизера указанного каскада электролизеров, и имеющей механическое средство перемешивания и подающий механизм для регулируемого количества пятиокиси ванадия в виде порошка, средства разделения обогащенного ванадием раствора, исходящего из указанной емкости растворения, от остаточных твердых частиц пятиокиси ванадия, средства для введения серной кислоты и воды в обогащенный ванадием раствор для поддержания определенной молярности раствора, насосное средство для рециркулирования раствора электролита через каскад электролизеров для восстановления ванадия, выпускное средство для отведения потока получаемого раствора электролита, содержащего V⁺³ и V⁺⁴ в нужном концентрационном отношении, на выходе одного из электролизеров указанного каскада электролизеров, причем каждый электролизер имеет катод и анод с соответствующими морфологиями поверхности, геометрией и взаимным расположением для установления на анодной поверхности плотности тока, от 5 до 20 раз превышающей плотность тока на проецируемой катодной поверхности, и выделения кислорода на аноде.

7. Электролизер для восстановления ионов V⁺⁴ и/или V⁺⁵ в кислом ванадиевом водном растворе электролита до V⁺³ и/или V⁺², имеющий катод и анод с соответствующими морфологиями поверхности, геометрией и взаимным расположением для установления на анодной поверхности плотности тока, от 5 до 20 раз превышающей плотность тока на проецируемой катодной поверхности, и выделения кислорода на аноде.

8. Электролизер по п.7, состоящий из цилиндрического трубчатого корпуса из неэлектропроводного кислотостойкого материала, имеющего впускное отверстие 3 и переливное отверстие, катода из углеродного войлока, находящегося на внутренней цилиндрической поверхности трубчатого корпуса, снабженного выводом для электрического соединения электролизера, стержневого анода из вентильного металла, покрытого непассивирующим электрокаталитическим покрытием и установленного вдоль оси цилиндрического катода из углеродного войлока.

9. Электролизер по п.7, отличающийся тем, что содержит проницаемое для электролита средство удержания плавучих пузырьков кислорода, поднимающихся в электролите вокруг или вблизи анода.

10. Электролизер по п.9, отличающийся тем, что указанное проницаемое средство удержания выбрано из группы, состоящей из сеточных экранов, тканых материалов, войлоков, пористых и микропористых стеклянных фритт и агломерированных тел, которые все выполнены из материала, обладающего химической стойкостью к раствору электролита.

11. Электролизер по п.7, отличающийся тем, что указанный анод выполнен из вентильного металла, покрытого смешанным оксидом иридия и тантала или циркония.

12. Способ восстановления баланса состояния относительной степени окисления двух отдельных ванадиевых электролитов, циркулирующих в системе полностью ванадиевой поточной восстановительно-окислительной батареи, без выведения ее из эксплуатации, согласно которому осуществляют циркуляцию части одного из двух разных электролитов в электролизер для восстановления ванадия, являющийся внешним по отношению к батарее, выполненный в соответствии с любым из пп.7-11, и подают ток через электролизер в течение времени, необходимого для восстановления баланса степени окисления ванадия, содержащегося в двух электролитах системы поточной восстановительно-окислительной батареи.

13. Способ по п.12, отличающийся тем, что указанный электролит является положительным электролитом, циркулирующим в камерах положительного электрода батареи.