[发明专利]一种废弃钒储能介质的再生方法

说明书

本发明提供一种废弃钒储能介质的再生方法，包括以下步骤：检测废弃钒储能介质元素的含量；将钒的价态调节至3.98～4.02价，得到钒溶液；加入纯水或母液稀释钒溶液，调节钒溶液的pH值得到萃前液；经过逆流萃取，逆流水洗，逆流反萃，得到萃余液、水洗液和高纯反萃液；将高纯度反萃液调整至钒储能介质的标准浓度，经过电解调整价态，得到再生后的钒储能介质；调节萃余液和水洗液pH值，加入氧化剂或采用电解氧化将其中的四价钒氧化至五价，通过树脂进行离子交换，回收萃余液和水洗液中的钒，得到钒后液；将钒后液结晶，得到母液和结晶。本发明能将钒储能介质中的杂质元素分离，达到再生的目的。

技术领域

本发明涉及储能介质回收技术，尤其涉及一种废弃钒储能介质的再生方法。

背景技术

全钒液流电池是目前技术上最为成熟的液流电池，也是一种非常具有发展前景的绿色环保储能电池，它在制造、使用和废弃过程中均不产生有害物质。自问世以来在国际国内受到广泛关注并得到快速发展，可作为大厦、机场、程控交换站备用电源，可作为太阳能等清洁发电系统的配套储能装置，为潜艇、远洋轮船提供电力以及用于电网调峰等。

钒储能介质不仅是电池的离子导体，同时也是电池活性物质的储存介质，是全钒液流电池的关键材料之一。全钒液流电池通过钒储能介质中不同价态钒离子，即正极钒储能介质由四价与五价钒离子及酸的混合溶液组成，负极钒储能介质由二价与三价钒离子及酸的混合溶液组成，在电极表面发生氧化还原反应，完成电能和化学能的相互转化，实现电能的储存和释放，即电池充电后，正极物质为五价钒离子酸溶液，负极为二价钒离子酸溶液，电池放电后，正负极分别为四价及三价钒离子酸溶液。

随着全钒液流电池充放电过程中，钒离子的迁移、负极钒储能介质二价钒离子的氧化及负极析氢等问题，会导致正负极钒储能介质的浓度和价态的不相匹配，造成钒储能介质的失效，为了恢复其使用功能，需向其中加入一定量的添加剂，添加剂中的一些杂质元素会对钒储能介质造成污染；此外，钒储能介质接触的材料部件会溶出一些杂质元素，同样会对钒储能介质造成污染，常见的杂质元素，例如，钠、钾、铁、铬等，会造成钒储能介质电化学性能的恶化，进而导致钒储能介质的失效。随着全钒液流电池的大规模应用，会产生大量失效的钒储能介质，废弃钒储能介质的再生开始成为全钒液流电池产业的关注问题。

公开号为“CN110994061A”，发明名称为“一种钒电解液的回收方法”，描述的是首先将钒电解液采用正极充电或者加入氧化剂的方式，将钒电解液中钒的平均价态调整至不小于4.9，加水稀释到V₂O₅含量小于等于100g/L，然后加入碱性物质调节溶液pH至2～3，加热搅拌，沉淀制备红钒，最后将得到的红钒加入碱性物质溶解澄清，加入沉淀剂，搅拌制备高纯偏钒酸铵AMV。该钒电解液的回收方法工艺流程复杂，能耗较高，最终产物为高纯偏钒酸铵，而不是钒储能介质，经分析该专利不适用于含有杂质元素的废弃钒储能介质的再生。

公开号为“CN109360997A”，发明名称为“硫酸体系失效钒电解液的再生方法”，描述的是将失效的硫酸体系钒电解液中加入四价钒电解液或三价钒电解液以及水，即得再生电解液。该再生方法只适用于钒电解液的价态及浓度的调整，并没有提及对电解液中杂质元素进行去除，经分析该专利不适用于含有杂质元素的废弃钒储能介质的再生。

公开号为“CN107500357A”，发明名称为“五氧化二钒的制备方法”，描述的是首先向钒电池正极和/或负极电解液中加入过氧化氢，在超声波作用下反应，将电解液中非五价钒氧化成五价钒，然后将得到五价钒溶液，经调酸，沉钒，酸性洗涤，即得五氧化二钒产品。该钒电解液的回收方法最终产物为五氧化二钒，而不是钒储能介质，经分析该专利不适用于含有杂质元素的废弃钒储能介质的再生。

目前，国内对于钒储能介质的回收技术存在工艺复杂，能耗成本高，回收方法的最终产品多为钒氧化物及钒酸盐等，鲜有提及含有杂质元素的废弃钒储能介质的再生方法。因此，开发工艺简单、能耗成本低、适用于含有杂质元素的钒储能介质的再生方法，具有重要的现实意义。

发明内容