氧化还原液流电池用电解液及氧化还原液流电池的制作方法_3

文档序号:9621208阅读:来源:国知局
m以下
[0093] (8) Mo离子:20质量ppm以下
[0094] (9) Sb离子:1质量ppm以下
[0095] 下面对参与沉淀生成的轻金属元素离子的实例进行说明。这些轻金属元素离子特 别倾向于参与沉淀的生成。因此,这些轻金属元素离子的浓度优选满足在下面一同记载的 浓度。
[0096] (10)Na离子:30质量ppm以下
[0097] (ll)Mg离子:20质量ppm以下
[0098] (12)A1离子:15质量ppm以下
[0099] (13)K离子:20质量ppm以下
[0100] (14)Ca离子:30质量ppm以下 [0101](非金属元素离子)
[0102] 非金属元素离子是元素周期表中分类为金属元素的元素以外的元素的离子。在本 实施方式的RF电解液中,在参与沉淀生成的杂质元素离子中非金属元素离子的总浓度优 选为21质量ppm以下。这是因为可以有效地抑制RF电池中沉淀的生成。
[0103] 下面对参与沉淀生成的非金属元素离子的实例进行说明。这些非金属元素离子特 别倾向于参与沉淀的生成。因此,这些非金属元素离子的浓度优选满足在下面一同记载的 浓度。
[0104] (15)C1离子:20质量ppm以下
[0105] (16) As离子:1质量ppm以下
[0106] -般来讲,用于氧化还原液流电池的活性物质带正电。因此,用例如阳离子交换膜 从电解液中去除带正电的杂质元素还可造成活性物质的去除。由于这个原因,用例如阴离 子交换膜可以选择性去除分类为阴离子(例如,上述C1离子)的杂质元素离子,由此调整 杂质元素离子的总浓度。结果,可以有效地抑制沉淀的生成而不会错误地去除活性物质。
[0107] [铂族元素离子]
[0108] 本发明的发明人进行了研究,结果发现:当将RF电解液中铂族元素离子的总浓度 设定为4. 5质量ppm以下时,可以有效地抑制氢气生成。本发明人还发现在下面记载的铂 族元素离子尤其促进氢气的生成;这些铂族元素离子的浓度优选满足在下面一同记载的浓 度。
[0109] (17)Rh离子质量ppm以下
[0110] (18) Pd离子质量ppm以下
[0111] (19) Ir离子质量ppm以下
[0112] (20)Pt离子:1质量ppm以下
[0113] [杂质元素离子浓度的调整]
[0114] 为了制备其中已经调整了杂质元素离子的总浓度的RF电解液,优选使用具有最 低杂质元素离子含量的活性物质的原料和溶剂(例如,硫酸)。然而,例如在制造步骤期间, 杂质元素离子有可能进入RF电解液。因此,如果需要,通过对RF电解液实施已知的方法如 凝聚沉降、溶剂萃取、使用离子交换树脂或螯合树脂的过滤、电解沉积或膜分离,可以降低 杂质元素离子的总浓度。特别地,优选使用螯合树脂的过滤,因为通过调整螯合树脂的性质 或RF电解液的pH,可以选择性地过滤掉特定的元素离子。过滤可通过使RF电解液通过例 如螯合树脂制造的过滤器或填充有螯合树脂珠的柱子而进行。
[0115] [其它分类]
[0116] (1)铁族元素离子和非铁族元素离子
[0117] 本发明的发明人也已经发现:当不把参与沉淀生成的杂质元素离子中的金属元素 离子分类为重金属元素离子和轻金属元素离子,而是分类为铁族元素离子和非铁族元素离 子时,铁族元素离子和非铁族元素离子优选满足一定的总浓度。术语〃铁族元素〃是Fe、 Co和Ni的总称。术语〃非铁族元素离子〃表示铁族元素离子以外的金属元素离子。
[0118] 作为把金属元素离子分类为铁族元素离子和非铁族元素离子的结果是,可以有效 地制造 RF电解液。在从RF电解液中任选地去除杂质元素离子期间,常常可以在相同(单 一)条件下去除具有相似性质的铁族元素。因此,没有必要为去除个别元素的离子而改变 条件,因此可以以高生产率制造 RF电解液。在这种情况下,在RF电解液中铁族元素离子的 总浓度优选为50质量ppm以下。这是因为由此可以有效地抑制RF电池中沉淀的生成。
[0119] 参与沉淀生成的非铁族元素离子的总浓度优选为155质量ppm以下。因为用于RF 电池的活性物质倾向于具有与Fe的性质相似的性质,所以可能会存在其中难以选择性地 仅去除铁族元素离子而不造成活性物质的去除的情况。即使在这种情况下,也可以去除非 铁族元素离子,从而可以将参与沉淀生成的杂质元素离子的总量降低至220质量ppm以下 而不太可能造成活性物质的去除。
[0120] 总之,在其中在电池反应期间参与沉淀生成的杂质元素离子的总浓度为220质量 ppm以下且铂族元素离子的总浓度为4. 5质量ppm以下的RF电解液中,当将参与沉淀生成 的金属元素离子分类为铁族元素离子和非铁族元素离子时,可以满足下面(a)和(b)中的 至少一项:
[0121] (a)铁族元素离子的总浓度为50质量ppm以下,
[0122] (b)非铁族元素离子的总浓度为155质量ppm以下。
[0123] (2)铁族元素离子和其它元素离子
[0124] 本发明的发明人也已经发现:当将由铂族元素离子和参与沉淀生成的杂质元素离 子构成的组分类为铁族元素离子和其它元素离子时,铁族元素离子和其它元素离子优选满 足一定的总浓度。在该分类中,如同上面,术语〃铁族元素离子〃是参与沉淀生成的Fe、Co 和Ni的总称。术语"其它元素离子"表示在由铂族元素离子和参与沉淀生成的杂质元素 离子构成的组中除铁族元素离子以外的元素离子。
[0125] 如在上面(1)中,这种分类使得有效地制造 RF电解液。在这种情况下,在其中在 电池反应期间参与沉淀生成的杂质元素离子的总浓度为220质量ppm以下且铂族元素离子 的总浓度为4.5质量ppm以下的RF电解液中,可以满足下面(c)和(d)中的至少一项:
[0126] (c)铁族元素离子的总浓度为50质量ppm以下,
[0127] (d)在由铂族元素离子和参与沉淀生成的杂质元素离子构成的组中除铁族元素离 子以外的元素离子的总浓度为185质量ppm以下。
[0128] 这是因为由此可以有效地抑制RF电池中沉淀的生成和氢气的生成。
[0129] (3)属于第9族的元素离子、属于第10族的元素离子和属于其它族的元素离子
[0130] 本发明的发明人也已经发现:当将由铂族元素离子和参与沉淀生成的杂质元素离 子构成的组分类为属于第9族的元素离子(第9族元素离子)、属于第10族的元素离子(第 10族元素离子)和属于其它族的元素离子(下文中称作其它族元素离子)时,这些元素离 子优选满足一定的总浓度。
[0131] 第9族元素离子和第10族元素离子包含参与沉淀生成的元素离子和促进氢气生 成的铂族元素离子。因为同族中的元素具有相似的性质,所以在从RF电解液中去除杂质元 素离子期间,常常可以在相同(单一)条件下将它们去除。在难以去除第9族元素离子或第 10族元素离子的情况下,可以调整易于去除的族元素离子的总浓度或其它族元素离子的总 浓度。因此,在这种分类中,没有必要为去除个别元素的离子而改变条件。
[0132] 因此,这种分类使得可以有效地制造 RF电解液。在这种情况下,在其中参与沉淀 生成的杂质元素离子的总浓度为220质量ppm以下且铂族元素离子的总浓度为4. 5质量 ppm以下的RF电解液中,在由铂族元素离子和参与沉淀生成的杂质元素离子构成的组中的 元素离子可满足下面(e)至(g)中的至少一项:
[0133] (e)第9族元素离子的总浓度为4质量ppm以下,
[0134] (f)第10族元素离子的总浓度为7质量ppm以下,
[0135] (g)其它族元素离子的总浓度为190质量ppm以下。
[0136] 这是因为由此可以有效地抑制RF电池中沉淀的生成和氢气的生成。
[0137] (4)属于与活性物质元素离子的周期同周期的非活性物质元素离子和属于其它周 期的元素离子
[0138] 本发明的发明人也已经发现:当将杂质元素离子分类为属于与活性物质元素离子 相同周期的非活性物质元素离子和属于其它周期的元素离子时,这些元素离子优选满足一 定的总浓度。例如,当活性物质为钒且在属于第4周期的非钒元素离子和属于第4周期以 外周期的元素离子之间进行分类时,这些元素离子优选满足一定的总浓度。
[0139] 不是活性物质元素离子且属于与活性物质元素离子相同周期的元素离子(称作 同周期非活性物质元素离子)可能具有与活性物质元素离子相似的性质。因此,例如包含 活性物质元素离子和同周期非活性物质元素离子的复合氧化物可作为沉淀出现。因此,降 低同周期非活性物质元素离子的浓度以抑制沉淀的生成是有效的。然而,存在难以从活性 物质元素离子选择性地去除同周期非活性物质元素离子的情况。即使在这些情况下,属于 其它周期元素离子的选择性的去除也使得RF电解液的生产率高。
[0140] 在这种情况下,在其中在电池反应期间参与沉淀生成的杂质元素离子的总浓度为 220质量ppm以下且铂族元素离子的总浓度为4. 5质量ppm以下的RF电解液中,在由铂族 元素离子和参与沉淀生成的杂质元素离子构成的组中的元素离子可满足下面(h)和(i)中 的至少一项:
[0141] (h)属于第4周期的元素离子的总浓度为115质量ppm以下,
[0142] (i)不属于第4周期的元素离子的总浓度为115质量ppm以下。
[0143] 这是因为由此可以有效地抑制RF电池中沉淀的生成和氢气的生成。
[0144] [电解液的溶剂]
[0145] 在RF电解液包含钒作为活性物质和包含硫酸作为溶剂的情况下,优选地,V离子 的浓度为lmol/L以上且3mol/L以下,游离硫酸的浓度为lmol/L以上且4mo
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