釩的離子交換技術

E. 全釩液流電池的關鍵材料

1.釩電池電解液全釩最初，電解液是將VOSO4直接溶解於H2SO4中製得，但由於VOSO4價格較高，人們開始把目光轉向其它釩化合物如V2O5、NH4VO3等。目前制備電解液的方法主要有兩種：混合加熱制備法和電解法。其中混合加熱法適合於製取lmol/L電解液，電解法可製取3~5mol/L的電解液。
2.釩電池隔膜
釩電池的隔膜必須抑制正負極電解液中不同價態的釩離子的交叉混合，而不阻礙氫離子通過隔膜，傳遞電荷。這就要求選用具有良好導電性和較好選擇透過性的離子交換膜，最好選用允許氫離子通過的陽離子交換膜。電池隔膜一般都以陽離子交換膜為主，也有用Nafion膜(Dupont)的，但後者價格較貴。對陽離子交換膜進行處理，提高親水性、選擇透過性和增長使用壽命，是提高釩電池效率的途徑之一。全氟磺酸型離子交換膜是由杜邦公司率先研製成功，並以Nafion為其商標，是目前性能最好的一種離子交換膜。
3.釩電池電極材料
全釩液流電池要達到大容量的儲能，必須實現若干個單電池的串聯或者並聯，這樣除了端電極外，基本所有的電極都要求製成雙極化電極。由於V02+的強氧化性及硫酸的強酸性，作為釩電池的電極材料必須具備耐強氧化和強酸性，電阻低，導電性能好，機械強度高，電化學活性好等特點。釩電池電極材料主要分為三類：金屬類，如Pb，Ti等；炭素類，如石墨、碳布、碳氈等；復合材料類，如導電聚合物、高分子復合材料等。

F. 回收利用廢釩催化劑（含有V2O5、VOSO4及不溶性殘渣），最新一種離子交換法回收釩工藝，主要流程如下：部

（1）工業由V₂O₅冶煉金屬釩常用鋁熱劑法，鋁熱反應中鋁為還原劑，則金屬的氧化物被還原，在反應中作氧化劑，所以氧化劑為V₂O₅，
故答案為：V₂O₅ ；
（2）廢釩催化劑中含有V₂O₅、VOSO₄及不溶性殘渣，由於V₂O₅為難溶物，所以濾液中含釩的主要成分為VOSO₄，
故答案為：VOSO₄ ；
（3）反應①的目的是把難溶的五氧化二釩還原為溶於水的VOSO₄，該反應的化學方程式為：V₂O₅+Na₂SO₃+2H₂SO₄═VOSO₄+Na₂SO₄+2H₂O；工藝中反應③的沉澱率（又稱沉礬率）是回收釩的關鍵之一，沉釩率的高低除受溶液pH影響外，還需要控制氯化銨系數（NH₄Cl加入質量與料液中V₂O₅的質量比）和溫度，根據沉釩率與沉澱溫度的圖象可知，在80℃時沉礬率最高為98%，再根據氯化銨系數與沉釩率可知，氯化銨系數為4時沉釩率最高，所以最佳控制氯化銨系數和溫度分別為：4，80℃，
故答案為：V₂O₅+Na₂SO₃+2H₂SO₄═VOSO₄+Na₂SO₄+2H₂O；4；80℃；
（4）2VO₂⁺+H₂C₂O₄+2H⁺═2VOⁿ⁺+2CO₂↑+mH₂O，根據電荷守恆，2n=1×2+1×2，解得n=2；再根據氫原子質量守恆看得：2+2=2m，則m=2，
故答案為：2；2．

G. 離子交換分離法

將含有鎳的9mol/LHCl溶液，流經氯型強鹼性陰離子交換樹脂柱，由於鐵、鈷、銅、鋅、內鉍等金屬離子在鹽酸溶液中形容成相應的配陰離子，而被吸附在陰離子交換樹脂柱中。鎳在此條件下不形成配陰離子，因而不被樹脂所吸附，仍留在溶液中，由此可與上述金屬離子得到分離。與鎳一起進入溶液的有鹼金屬，鹼土金屬以及鈦、釩、錳等。

AG50W陽離子交換樹脂從6mol/LHCl-丙酮介質中吸附分離鎳，鎳的分配系數可達227。在同一條件下，易形成氯配陰離子的一些元素分配系數在1以下，而鐵、鈷、銅、鋅、鎘、汞、鉛、鉍、錳、鉬、釩、鎵、銦、鈾等的分配系數不超過4;因此，鎳可與上述元素得到完全分離。

H. 液體中的釩怎麼去除

1、將含釩的液體調節至pH值小於7.0。
2、將所得液體過離子交換樹脂柱。
3、往樹脂中加入解吸劑得解吸液。
4、所得洗脫液進行沉釩，過濾得濾餅。
5、將所得濾餅用鹼溶液浸泡得釩溶液再進行水解沉釩或銨鹽沉釩。

I. 全釩液流電池的特點

釩電池作為儲能系統使用，具有以下特點：
1.電池的輸出功率取決於電池堆的大小，儲能容量取決於電解液儲量和濃度，因此它的設計非常靈活，當輸出功率一定時，要增加儲能容量，只要增大電解液儲存罐的容積或提高電解質濃度；
2.釩電池的活性物質存在於液體中，電解質離子只有釩離子一種，故充放電時無其它電池常有的物相變化，電池使用壽命長；
3.充、放電性能好，可深度放電而不損壞電池；
4.自放電低，在系統處於關閉模式時，儲罐中的電解液無自放電現象；
5.釩電池選址自由度大，系統可全自動封閉運行，無污染，維護簡單，操作成本低；
6.電池系統無潛在的爆炸或著火危險，安全性高；
7.電池部件多為廉價的碳材料、工程塑料，材料來源豐富，易回收，不需要貴金屬作電極催化劑；
8.能量效率高，可達75%~80%，性價比非常高；
9.啟動速度快，如果電堆里充滿電解液可在2min內啟動，在運行過程中充放電狀態切換只需要0.02s。
目前全釩液流電池的劣勢
1.能量密度低，目前先進的產品能量密度大概只有40Wh/kg。鉛酸電池大概有35Wh/kg。
2.因為能量密度低，又是液流電池，所以佔地面積大。
3.目前國際先進水平的工作溫度范圍為 5° 和 45°C，過高或過低都需要調節。
釩電池市場前景
釩流電池因其獨特優點，使其在許多領域有著廣泛的應用：
1.風力發電市場
目前風力發電機需要配備功率大約相當於其功率1%的鉛酸電池用於緊急情況時風機保護風葉用，另外每一台風機還需要配備功率大約相當於其功率10%~50%的動態儲能電池。對於風機離網發電，則需要更大比例的動態儲能電池，擁有眾多傑出優點的釩電池完全可以取代現有的鉛酸電池，進而構建風電場的動態能源儲存系統。圖2為日本Tomamae風電場4MW×1.5hour VRB-ESS（SEI公司）。
2.光伏發電
顧名思義，光伏發電需要太陽光，一旦到了晚上和陰雨天就發不了電，因而需要儲能電池為其儲存電力，由於現有的鉛酸電池功率、容量和壽命均非常有限，相信集眾多傑出優點於一身的釩電池將作為光伏發電儲能電池的首選。圖3 是離網光伏儲能釩電池充電站。
3.電網調峰
電網調峰的主要手段一直是抽水蓄能電站，由於抽水蓄能電站需建上、下兩個水庫，受地理條件限制較大，在平原地區不容易建設，而且佔地面積大，維護成本高。釩電池儲能電站不受地理條件限制，選址自由，佔地少，維護成本低。可以預期，隨著釩電池技術的發展，釩電池儲能電站將逐步取代抽水蓄能電站，在電網調峰中發揮重要的作用。
4.電動汽車電源
釩電池由於自身的獨特結構，充電接受能力強，適應快速大電流充電及大電流深度放電，比功率大，比能量高，適合於作電動汽車的動力電源，也可以解決汽車尾氣排放而造成的空氣污染問題。釩電池作為汽車驅動力的優點是能夠實現「瞬間充電」(直接更換或補充電解液)。
5.不間斷電源和應急電源
作為UPS可用於辦公大樓、劇院、醫院等應急照明場所，也可用作計算機以及一些軍事設備的備用電源。圖4是南卡羅來納州空軍基地60KWh VRB-ESS系統。
6.供電系統
海島、偏遠地區等地區建設常規電站或建設架設輸電線路造價高昂，使用釩電池並配以太陽能、風能等發電裝置，可保障這些地區的穩定電力供應。另外釩電池還可以作為郵電通訊、鐵路發送信號、無線電傳播站等供電系統。
7.軍用蓄電