【技術實現步驟摘要】
本公開總體上涉及通過使氯與溴化鋅和鋅的混合物反應來生產的溴化鋅和氯化鋅共混物的組合物，該共混物具有減少的金屬雜質，用于在電池電解質共混物中使用。
技術介紹
1、1.需要建造更好的溴化鋅液流電池
2、能量密度高、循環壽命長、成本低的儲能器件(電池)是滿足便攜式電子裝置、電動汽車和可再生能源不斷增長的需求的永恒目標(參見armand?m.、tarascon?j.m.buildingbetter?batteries.nature.2008；451:652–657)。加入到這些能量存儲裝置中的電解質充當催化劑，以通過促進離子在充電時從陰極移動到陽極以及在放電時相反移動而使電池導電。離子是失去或獲得電子的帶電原子。電池的電解質由液體、凝膠和干燥形式的可溶性鹽、酸或其他堿組成。電解質還包括聚合物(如固態電池中使用的)、固體陶瓷和熔鹽(如鈉硫電池)。
3、在幾種類型的電池中，溴化鋅電池可分為兩類：液流電池和非液流電池。典型的znbr2液流電池由兩個用于存儲znbr2電解質的儲液器組成，它們通過泵或管道連接到反應器(參見ke?x.y.、prahl?j.m.、alexander?j.i.d.、wainright?j.s.、zawodzinski?t.a.、savinell?r.f.的rechargeable?redox?flow?batteries:flow?fields,stacks,anddesign?considerations.chem.soc.rev.2018；47:8721–8743)。這些電池中的基本氧化還原
4、在正極：
5、
6、在負極：
7、
8、總體反應：
9、
10、這種由游離金屬和溴制備金屬溴化物的方法已在專利文獻中報道。例如，sochol等人的美國專利號4,138,354公開了一種由錳、溴化鈷和溴制備溴化錳和溴化鈷的方法。該過程取決于錳與鈷離子之間的氧化還原反應以及產生的鈷與溴水溶液的后續反應。keblys的美國專利號4,248,850教示了在作為還原劑的甲醛存在的情況下由堿性金屬化合物和溴制備金屬溴化物。kirsch的美國專利號4,514,374教示了使用低級鏈烷醇作為還原劑。rosenstein的美國專利號1,483,852公開了通過使鉛鋅合金在水中與氯氣反應來生產氯化鋅。鉛金屬與鋅金屬形成合金，并且鉛充當氯與鋅反應的催化劑。氯與鋅鉛合金反應以生成氯化鋅。反應產生的熱量使得水蒸發為蒸汽。氯化鋅的濃度由水滴落或流過鋅接收管中的鋅顆粒的速率控制。rosenstein的公開內容指出，該工藝不能使用純鋅進行。
11、另一方面，farr的美國專利號2,415,346公開了一種制備溴化鋅的工藝，其通過使氯化鋅與氫溴酸在沸騰溫度條件下反應，同時使my類型的金屬鹽與溴化氫的水性介質反應，其中m是所需金屬，y是原子量比溴低的鹵素，并且n是m的化合價。然后用基本上等量的酸在含有足夠水的水溶液中處理金屬鹽以形成恒沸混合物。往后幾年，san?lorenzo等人(美國專利號4,401,531)介紹了一種通過濕法冶金處理從原料生產電解或高純鋅的工藝。san?lorenzo的方法公開了在低于70攝氏度的溫度下在2.5+/-0.4的ph值下浸出15-45分鐘；將原料放入酸性水溶液中溶解鋅。然后，san?lorenzo將過濾固體/液體，然后使用有機酸萃取。然后通過用另一種水溶液分2階段或3階段洗滌，在酸性水溶液中反萃取后者，并在最終過程中通過電解沉積或結晶回收鋅。
12、跟隨san?lorenzo、duyvesteyn等人的腳步，(美國專利號4,572,771)公開了一種從鋼廠粉塵中回收鋅的方法。duyvesteyn用無機酸浸出鋅，加入固/液分離步驟，然后用石灰中和。從沉淀漿料中回收的鋅總量約為20％，從堿性鋅固體中回收的鋅總量為約48.1％，并且從鍍鋅灰中回收的鋅總量為約72％(30％的金屬鋅)。
13、后來，dunaway的美國專利號6,036,937(同樣來自申請人)公開了一種生產znbr2的方法，主要通過(a)將溴溶解在包含金屬鹵化物鹽的水性反應溶劑中，和(b)使金屬鋅與所得溴溶液接觸以形成基本上不含溴的溴化鋅溶液。溴化鋅的替代生產方法也已在其他專利文獻中公開，諸如sauer等人的美國專利號8,992,882。同樣，僅關注滿足鋅溴電池純度標準的溴化鋅的需求，sauer提出了一種簡潔的方法，將元素溴與至少約1％摩爾過量的原料鋅金屬結合到約10％摩爾過量的原料鋅金屬。鋅金屬原料將包含金屬雜質，該金屬雜質包括大于500ppm的pb、至少3ppm的cu和至少1ppm的fe中的一種或多種，并且產生包括小于1ppm的pb、小于1ppm的cu和小于1ppm的fe的可分離的溴化鋅組合物。然而，這種方法再次沒有觸及與電池電解質(即，氯化鋅)真正相關的另一個方面。主要是因為預計氯化鋅將從第三方供應商處單獨購買。此外，sauer的工藝似乎成本高昂、速度緩慢，并且僅以分批模式完成，并且表明它在消除熱量方面存在困難。
14、上述一般工藝的變化，包括其他鹵化物例如氯化物的制備以及其他金屬例如鋅的使用，可以在例如美國專利號6,117,408、美國專利號號7,087,209、美國專利號9,685,543中找到。
15、鋅溴電池的關鍵問題是需要高純度的溴化鋅溶液才能使電池正常工作。使用低成本的znbr2源，特別是使用硫酸鋅和溴化鈉來產生溴化鋅溶液，可能會由于存在大量的鐵(fe)雜質而產生問題。在每次充電和放電循環期間，電池的能量密度都會發生變化，并且電解液中的雜質開始表現出強烈的非導電性，因此會嚴重影響電池的性能。這意味著，如果期望能夠長時間運行znbr2電池，則本領域普通技術人員將需要除去這些雜質(即，fe)。先前的文獻展示了如何通過使用不同濃度的過氧化氫來實現鋅鹽水的一定純化(參見patil、anil和pallavi?managave的"the?effect?of?peroxide?concentration?when?removingiron?from?brine:a?kinetic?study."，在spe卑爾根一日研討會(挪威卑爾根，2014年4月)上發表的論文)，用于在溶解硫酸鋅和溴化鈉鹽時制備znbr2溶液，而不是蒸餾水。這導致所有fe被氧化為fe+3并從溶液中沉淀出來。然而，即使有了這個額外的步驟，電極之間的間隔也相當大并且電極面積很小，因此在這種類型的配置中存在非常大的歐姆損耗。這意味著它對于充電/放電周期數據沒有用。事實上，在由現成的溴化鋅和氯化鋅混合物制成的商用電池電解液中觀察到的痕量金屬的典型含量表明，它們含有至少14ppm的鉛(pb)和鈉(na)、至少5ppm鋰(li)、至少2ppm鈣(ca)和硼(b)；以及其他不利于電池正常性能的雜質。它們的ph水平通常在3.5-4.5范圍內，密度在1.58至1.62之間，顏色為橙色/黃色，主要是由于殘留的溴所致。
16、2.超純鋅化合物生產本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種用于在反應器系統中通過使氯與溴化鋅和鋅的混合物反應來生產超純溴化鋅和氯化鋅流體共混物的方法，所述超純溴化鋅和氯化鋅流體共混物具有減少的金屬雜質，用于在電池電解質共混物中使用，所述方法包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的在反應器系統中生產超純溴化鋅和氯化鋅流體共混物的方法，其中所述反應器系統進一步包括：
3.根據權利要求1所述的在反應器系統中生產超純溴化鋅和氯化鋅流體共混物的方法，其中在當所述反應器中的所述溫度為至少20攝氏度時，使用所述管道系統通過以每分鐘至少4千克向所述反應器中加入氯來產生反應的步驟中，所述氯能夠是液體形式或氣體形式。
4.根據權利要求1所述的在反應器系統中生產超純溴化鋅和氯化鋅流體共混物的方法，其中在在所述反應器中產生超純溴化鋅和氯化鋅流體共混物的步驟中，所述超純溴化鋅和氯化鋅流體共混物進一步包含：
5.根據權利要求1所述的在反應器系統中生產超純溴化鋅和氯化鋅共混物的方法，其中通過過濾器從所述反應器中去除痕量未反應的鋅的步驟中的所述過濾器進一步包括：
6.一種用于在反應器系統中通過使氯與溴
7.根據權利要求6所述的在反應器系統中生產超純溴化鋅和氯化鋅流體共混物的方法，其中所述反應器系統進一步包括用于將所述溫度維持低于80攝氏度的盤管冷凝器、用于測量所述反應器內部溫度的熱電偶、用于交換空氣的循環器、用于向所述反應器中加入氯的入口管、用于去除所述反應器內積聚氣體的出口管，以及用于執行加入、混合、產生、加熱、停止和去除步驟的控制系統。
8.根據權利要求6所述的在反應器系統中生產超純溴化鋅和氯化鋅流體共混物的方法，其中使用攪拌器將所述加入的至少1500克溴化鋅水溶液與所述至少68.1克鋅混合的步驟通過所述攪拌器以每分鐘270至350轉的速率執行。
9.根據權利要求6所述的在反應器系統中生產超純溴化鋅和氯化鋅流體共混物的方法，其中當所述反應器的所述溫度達到至少20攝氏度時，使用所述攪拌器通過以小于每分鐘5克的速率加入氯來產生反應的步驟在小于30分鐘的時段內執行。
10.根據權利要求6所述的在反應器系統中生產超純溴化鋅和氯化鋅流體共混物的方法，其中在在所述反應器中產生所述超純溴化鋅和氯化鋅流體共混物的步驟中，所述超純溴化鋅和氯化鋅流體共混物進一步包含：
11.根據權利要求6所述的在反應器系統中生產超純溴化鋅和氯化鋅共混物的方法，其中在真空下使用布氏漏斗通過玻璃微纖維過濾器從所述反應器中去除痕量未反應的鋅金屬的步驟中的所述過濾器進一步包括：
...【技術特征摘要】
1.一種用于在反應器系統中通過使氯與溴化鋅和鋅的混合物反應來生產超純溴化鋅和氯化鋅流體共混物的方法，所述超純溴化鋅和氯化鋅流體共混物具有減少的金屬雜質，用于在電池電解質共混物中使用，所述方法包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的在反應器系統中生產超純溴化鋅和氯化鋅流體共混物的方法，其中所述反應器系統進一步包括：
3.根據權利要求1所述的在反應器系統中生產超純溴化鋅和氯化鋅流體共混物的方法，其中在當所述反應器中的所述溫度為至少20攝氏度時，使用所述管道系統通過以每分鐘至少4千克向所述反應器中加入氯來產生反應的步驟中，所述氯能夠是液體形式或氣體形式。
4.根據權利要求1所述的在反應器系統中生產超純溴化鋅和氯化鋅流體共混物的方法，其中在在所述反應器中產生超純溴化鋅和氯化鋅流體共混物的步驟中，所述超純溴化鋅和氯化鋅流體共混物進一步包含：
5.根據權利要求1所述的在反應器系統中生產超純溴化鋅和氯化鋅共混物的方法，其中通過過濾器從所述反應器中去除痕量未反應的鋅的步驟中的所述過濾器進一步包括：
6.一種用于在反應器系統中通過使氯與溴化鋅和鋅的混合物反應來生產超純溴化鋅和氯化鋅流體共混物的方法，所述超純溴化鋅和氯化鋅流體共混物具有減少的金屬雜質，用于在電池電解質共混物中使用，所述方法包括以下步驟：
7.根據權利要求...
【專利技術屬性】
技術研發人員：A·麥克，Z·柴，J·安德森，C·B·唐寧，A·韋斯特，
申請(專利權)人：TETRA技術有限公司，
類型：發明
國別省市：
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