钒电解液生产方法及生产系统

298 编辑：中冶有色技术网来源：湖南钒谷新能源技术有限公司

2024-05-20 16:15:50

权利要求书： 1.一种钒电解液生产方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.将待还原的第一钒电解液进行过量电解，得到二价钒的第二电解液；S2.再次将第二电解液与第一电解液进行混合，根据第一电解液的钒价态、通过控制流量比例得到指定钒价态的第三电解液。

2.根据权利要求1所述的钒电解液生产方法，其特征在于，所述控制流量比例包括：根据公式(1)控制第一电解液流量、第二电解液流量中的至少一个来获得指定价态的第三电解液；

公式(1)：

其中，Q0为第一电解液的流量、Qv为第二电解液的流量、M1为第一电解液的钒平均价态、M2为第二电解液的钒平均价态、M3为第三电解液的钒平均价态。

3.根据权利要求1或2所述的钒电解液生产方法，其特征在于，所述过量电解包括：将第一钒电解液通入电解电堆阴极，通过设定电解电流将电解电堆阴极调整到过量电解状态，使电解电堆阴极出液口为二价钒的第二电解液。

4.根据权利要求3所述的钒电解液生产方法，其特征在于，所述第二电解液从电解电堆阴极出液口直接输出与第一电解液混合，所述第二电解液的流量为电解电堆阴极液流量，所述第二电解液的流量根据公式(2)计算得到：公式(2)：

其中，Qv为第二电解液的流量、I为电解电流、n为电解电堆单电池个数、η为电解电堆的电解效率、k为过电解系数、Cv为第一电解液总钒浓度、NA为阿伏伽德罗常数、e为单个电子所带电量。

5.一种钒电解液生产系统，包括阴极储液罐(2)、电解电堆(4)、阳极储液罐(6)、阴极泵(3)和阳极泵(5)，所述阴极储液罐(2)与电解电堆(4)之间通过第一阀门(1)连通，其特征在于，还包括产品储液罐(7)，所述产品储液罐(7)分别通过第二阀门(2)与电解电堆(4)连通、通过第三阀门(3)与阴极储液罐(2)连通，位于所述产品储液罐(7)与阴极储液罐(2)之间的连接管路上还设有流量传感器用于控制第三阀门(3)。

6.根据权利要求5所述的钒电解液生产系统，其特征在于，所述阴极储液罐(2)外设置有混合泵(1)用于将阴极储液罐(2)的电解液输送至产品储液罐(7)。

说明书：一种钒电解液生产方法及生产系统技术领域[0001] 本发明涉及钒电解液技术领域，更具体地，涉及一种钒电解液生产方法及生产系统。

背景技术[0002] 钒电解液是全钒液流电池的重要组成部分，其作为电池电化学反应的活性物质，承担着电能载体作用，钒电解液的性能直接影响储能系统的运行。

[0003] 钒电池通常以钒平均价态为3.5价的钒电解液做为初始电解液，等体积加入钒电池正、负极，达到正负极充放电容量平衡的目的。现有的规模化钒电池电解液生产技术多以

化学还原?电解法为主，主要是以五氧化二钒或硫酸氧钒晶体为原料，采用还原剂或低价态

钒化合物，使钒平均价态逐步降低并溶于酸性溶液中，通过检测电解液的钒离子浓度与钒

平均价态来确定电解时间，再通入电解装置阴极进行电解还原，最终得到钒平均价态3.5的

初始电解液。

[0004] 现有电解液生产技术主要有以下缺点：1电解过程需要电解液在电解装置与储液罐之间循环流动，泵的能耗较大；2电解过程中电解液温度会逐渐上升，可能对电解装置产

生威胁，在规模化生产中需增加换热设备及时排放热量，增加了设备投资成本。3电解过程

存在副反应和钒迁移现象，理论电解时间不足以使成品液价态合格，致使电解完成需要多

次检测钒平均价态补充电解时间，生产工序较为繁杂。

发明内容[0005] 本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺点，提供一种钒电解液生产系统。[0006] 本发明目的通过以下技术方案实现：[0007] 提供一种钒电解液生产方法，包括以下步骤：S1.将待还原的第一钒电解液进行过量电解，得到二价钒的第二电解液；S2.再次将第二电解液与第一电解液进行混合，根据第

一电解液的钒价态、通过控制流量比例得到指定钒价态的第三电解液。

[0008] 进一步地，所述控制流量比例包括：根据公式(1)控制第一电解液流量、第二电解液流量中的至少一个来获得指定价态的第三电解液；

[0009] 公式(1)：[0010] 其中，Q0为第一电解液的流量、Qv为第二电解液的流量、M1为第一电解液的钒平均价态、M2为第二电解液的钒平均价态、M3为第三电解液的钒平均价态。

[0011] 进一步地，所述过量电解包括：将第一钒电解液通入电解电堆阴极，通过设定电解电流将电解电堆阴极调整到过量电解状态，使电解电堆阴极出液口为二价钒的第二电解

液。

[0012] 进一步地，所述第二电解液从电解电堆阴极出液口直接输出与第一电解液混合，所述第二电解液的流量为电解电堆阴极液流量，所述第二电解液的流量根据公式(2)计算

得到：

[0013] 公式(2)：[0014] 其中，Qv为第二电解液的流量、I为电解电流、n为电解电堆单电池个数、η为电解电堆的电解效率、k为过电解系数、Cv为第一电解液总钒浓度、NA为阿伏伽德罗常数、e为单个电

子所带电量。

[0015] 本发明的另一目的在于提供一种钒电解液生产系统，包括阴极储液罐、电解电堆、阳极储液罐、阴极泵和阳极泵，所述阴极储液罐与电解电堆之间通过第一阀门连通，所述钒

电解液生产系统还包括产品储液罐，所述产品储液罐分别通过第二阀门与电解电堆连通、

通过第三阀门与阴极储液罐连通，位于所述产品储液罐与阴极储液罐之间的连接管路上还

设有流量传感器用于控制第三阀门。

[0016] 进一步地，所述阴极储液罐外设置有混合泵用于将阴极储液罐的电解液输送至产品储液罐。

[0017] 与现有技术相比，本发明的有益效果如下：[0018] 本发明所述钒电解液生产方法对待还原的第一钒电解液进行过量电解，得到稳定的二价钒的第二电解液，然后将二价态钒的第二电解液和已知钒价态的第一钒电解液进行

混合，通过控制流量比例得到指定钒价态的第三电解液。该方法无需电解完成后的价态比

例检测，生产工序简单；通过流量控制可同时生产不同钒价态的钒电解液，解决了电解过程

存在副反应和钒迁移现象，理论电解时间不足以使成品液价态合格的问题。

[0019] 在本发明的一种实施方式中，将待还原处理的第一电解液通入电解电堆阴极进行电解还原，阳极液采用还原剂循环于阳极储液罐与电解电堆中，通过调整电解电流使得电

解电堆阴极达到过量电解状态。相比现有还原法在电解电堆中直接电解得到产品电解液，

该方法至少有以下优点：1.泵流量小，可极大地减少泵的运行能耗，降低电解液的生产成

本；2.二价钒的第二电解液不回流至储液罐而直接输送至外界，依靠钒电解液本身作为移

热剂将电解过程中产生的热量及时导出，节省换热设备的投资；3.有利于钒电解液生产的

自动化、连续化与规模化。

[0020] 本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明[0021] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是

本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还

可以根据这些附图获得其他的附图。

[0022] 图1为实施例提供的一种钒电解液生产方法的流程示意图。[0023] 图2为实施例提供的一种钒电解液生产系统的结构示意图。具体实施方式[0024] 下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实

施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员

来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

[0025] 请参考图1所示，本发明提供一种钒电解液生产方法，包括以下步骤：S1.将待还原的第一钒电解液进行过量电解，得到二价钒的第二电解液；S2.再次将第二电解液与第一电

解液进行混合，根据第一电解液的钒价态、通过控制流量比例得到指定钒价态的第三电解

液。

[0026] 其中，在步骤S1中、S2中所述钒价态是指钒平均价态；步骤S1中过量电解优选为轻微的过量电解，以节约能耗；步骤S2中第二电解液可以是与步骤S1中剩余的第一电解液进

行混合，混合过程可以是第一电解液、第二电解液同步混合，以在规模化生产中提升生产效

率；

[0027] 本发明对待还原的第一钒电解液进行过量电解，得到稳定的二价钒的第二电解液，然后将二价态钒的第二电解液和已知钒价态的第一钒电解液进行混合，通过控制流量

比例得到指定钒价态的第三电解液。该方法无需电解完成后的价态比例检测，生产工序简

单；通过流量控制可同时生产不同钒价态的钒电解液，解决了电解过程存在副反应和钒迁

移现象，理论电解时间不足以使成品液价态合格的问题。

[0028] 具体地，所述控制流量比例包括：根据公式(1)控制第一电解液流量、第二电解液流量中的至少一个来获得指定价态的第三电解液；

[0029] 公式(1)：[0030] 其中，Q0为第一电解液的流量、Qv为第二电解液的流量、M1为第一电解液的钒平均价态、M2为第二电解液的钒平均价态、M3为第三电解液的钒平均价态。

[0031] 本发明的一种具体实施方式是通过电解电堆进行过量电解，具体地，所述过量电解包括：将第一钒电解液通入电解电堆阴极，通过设定电解电流将电解电堆阴极调整到过

量电解状态，使电解电堆阴极出液口为二价钒的第二电解液。其中，过量电解状态以轻微最

佳，以节约能耗。

[0032] 本发明基于钒电解液的常规电解法，将待还原处理的第一电解液通入电解电堆阴极进行电解还原，阳极液采用还原剂例如硫酸水溶液循环于阳极储液罐与电解电堆中，通

过调整电解电流使得电解电堆阴极达到过量电解状态，电解电堆阴极出液口为二价钒的第

二电解液。其中，第二电解液不回流至储液罐，而是直接输出生产系统与剩余的第一电解液

混合得到指定钒价态的第三电解液，例如用于全钒液流电池的3.5价钒的初始电解液。

[0033] 本发明在电解电堆进行过量电解的实施方式中，相比现有还原法在电解电堆中直接电解得到产品电解液，该方法至少有以下优点：1.泵流量小，可极大地减少泵的运行能

耗，降低电解液的生产成本；2.二价钒的第二电解液不回流至储液罐而直接输送至外界，依

靠钒电解液本身作为移热剂将电解过程中产生的热量及时导出，节省换热设备的投资；3.

有利于钒电解液生产的自动化、连续化与规模化。

[0034] 作为本实施例的一种优选方案，所述第二电解液从电解电堆阴极出液口直接输出与第一电解液混合，所述第二电解液的流量为电解电堆阴极液流量，所述第二电解液的流

量根据公式(2)计算得到：

[0035] 公式(2)：[0036] 其中，Qv为第二电解液的流量、I为电解电流、n为电解电堆单电池个数、η为电解电堆的电解效率、k为过电解系数、Cv为第一电解液总钒浓度、NA为阿伏伽德罗常数、e为单个电

子所带电量。

[0037] 需要说明的是，过电解系数k的定义为：实际充电电量与使元素平均价态达到预期值的理论充电电量的比值，k≥1，优选范围为[1.05，1.20]。

[0038] 在上述方案中，所述第二电解液从电解电堆阴极出液口直接输出与第一电解液混合，能够实现连续生产，提高生产效率。

[0039] 如图2所示，本发明还提供一种钒电解液生产系统，包括阴极储液罐2、电解电堆4、阳极储液罐6、阴极泵3和阳极泵5，阴极储液罐2与电解电堆4之间通过第一阀门1连通，所

述钒电解液生产系统还包括产品储液罐7，产品储液罐7分别通过第二阀门2与电解电堆4

连通、通过第三阀门3与阴极储液罐7连通，位于产品储液罐7与阴极储液罐2之间的连接管

路上还设有流量传感器用于控制第三阀门3。

[0040] 具体地，阴极储液罐2外设置有混合泵1用于将阴极储液罐2的电解液输送至产品储液罐7。

[0041] 在上述方案中，通过控制第二阀门2、第三阀门3将过量电解得到的第二电解液与第一电解液在产品储液罐7中进行混合，流量传感器用于控制混合中第一电解液的流量。

[0042] 实施例[0043] 本实施例的目的在于采用上述钒电解液生产方法以及生产系统，连续生产3.5价钒的钒电解液，具体参数如下：

[0044] 表1生产技术参数[0045][0046][0047] 在上述生产参数中，电解电流I为电解电堆的额定电流密度及有效面积的乘积，通过设定电解电流I＝240A将电解电堆阴极调整到过量电解状态；阴极液流量同样也是第二

电解液的流量，根据阴极液流量与电解电流之间的关系，通过公式(2)计算得到数值为

1.69L/min；第一电解液的流量Q0根据公式(1)计算得到数值为5.08L/min。

[0048] 公式(1)：[0049] 其中，Qv为第二电解液的流量(阴极液流量)、I为电解电流、n为电解电堆单电池个数、η为电解电堆的电解效率、k为过电解系数、M1为第一电解液的钒平均价态、M2为第二电解

液的钒平均价态(电解电堆阴极出液口的电解液钒平均价态)、Cv为第一电解液总钒浓度、NA

23 ?19

为阿伏伽德罗常数(NA＝6.02×10^ /mol)、e为单个电子所带电量(e＝1.6×10 C)。

[0050] 公式(2)：[0051] 其中，Q0为第一电解液的流量、M3为第三电解液的钒平均价态(产品电解液的钒平均价态)。

[0052] 本实施例具体实施步骤为：[0053] 1)开启第一阀门1，关闭第二阀门2，开启阴极泵3、阳极泵5，调节阴极液流量至1.69L/min。

[0054] 2)开启电解电堆4的电解电源，设定电解电流为240A，8min后关闭阀门1，此时电解电堆阴极出液口为2价钒的第二电解液。

[0055] 3)开启第二阀门2，开启混合泵1，通过流量传感器FC101控制阀门3，使第一电解液的流量为5.08L/min，混合后得到的第三电解液即为钒平均价态3.5价的目标产品电解

液。

[0056] 本实施例以3.5价钒电解液为产品电解液，产量约400L/h。采用紫外分光光度计对产品电解液钒平均价态进行验证，验证结果为3.507，符合产品要求。

[0057] 以上结合附图详细描述了本发明的可选实施方式，但是，本发明实施方式并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施方式的技术构思范围内，可以对本发明实施

方式的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施方式的保护范围。另

外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，

可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施方式对各种可能

的组合方式不再另行说明。