權(quán)利要求書： 1.一種基于固態(tài)電解質(zhì)隔膜材料的電解裝置制鈉的方法，其特征在于一種基于固態(tài)電解質(zhì)隔膜材料的電解裝置制鈉的方法，具體是按以下步驟進(jìn)行：一、先通過(guò)陽(yáng)極電解質(zhì)投料管（6）的進(jìn)料口向陽(yáng)極電解質(zhì)腔（10）內(nèi)加入陽(yáng)極液和陽(yáng)極電解質(zhì)，通過(guò)陰極電解質(zhì)投料管（5）的進(jìn)料口向陰極電解質(zhì)腔（13）內(nèi)加入陰極電解質(zhì)，并通過(guò)陰極端保護(hù)氣體進(jìn)氣管（7）的進(jìn)氣口向陰極電解質(zhì)腔（13）內(nèi)通入保護(hù)氣體，然后將陰極（4）與第一陽(yáng)極（11）和第二陽(yáng)極（12）之間均連通直流電壓，同時(shí)啟動(dòng)加熱設(shè)備（2）；所述陽(yáng)極液為由eZnCl2+fBaCl2+gNaCl組成的三元共熔物體系，所述的e、f和g為對(duì)應(yīng)共熔物的含量，其中0≤e≤1，0≤f≤1，0≤g≤1，且e、f和g不同時(shí)為0或1，所述陰極電解質(zhì)為金屬鈉，所述陽(yáng)極電解質(zhì)為由氯化鈉和氯化鋅組成的混合物；

二、啟動(dòng)金屬鈉冷卻器（18），電解反應(yīng)生成的氯氣通過(guò)導(dǎo)氯管（16）進(jìn)入到儲(chǔ)氯器（8）內(nèi)，電解反應(yīng)生成的熔融金屬鈉通過(guò)導(dǎo)鈉管（9）進(jìn)入到金屬鈉收集器（14），熔融金屬鈉經(jīng)金屬鈉冷卻器（18）冷卻成固態(tài)金屬鈉；當(dāng)金屬鈉收集器（14）內(nèi)充滿固態(tài)金屬鈉后，關(guān)閉導(dǎo)鈉管閥門（15），同時(shí)打開保護(hù)氣體出入氣管閥門（23），向金屬鈉收集器（14）內(nèi)通入保護(hù)氣體，再對(duì)固態(tài)金屬鈉進(jìn)行收集；NASICON型無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)隔膜槽（3）由電解質(zhì)材料Na1+x+yInxZr2?xSiyP3?yO12制成，x和y分別為對(duì)應(yīng)元素所占的摩爾百分比，0≤x≤1，1≤y≤2.2；

收集的固態(tài)金屬鈉的純度為99.9 99.99%，收集的氯氣的純度為99.8 99.99%；

所述基于固態(tài)電解質(zhì)隔膜材料的電解裝置包括電解槽（1）、NASICON型無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)隔膜槽（3）、陰極（4）、儲(chǔ)氯器（8）、陽(yáng)極和金屬鈉收集器（14），所述陽(yáng)極由第一陽(yáng)極（11）和第二陽(yáng)極（12）組成；

所述電解槽（1）封閉設(shè)置，電解槽（1）的內(nèi)部設(shè)置有NASICON型無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)隔膜槽（3），所述NASICON型無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)隔膜槽（3）的內(nèi)部為陰極電解質(zhì)腔（13），NASICON型無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)隔膜槽（3）的外部為陽(yáng)極電解質(zhì)腔（10）；所述金屬鈉收集器（14）設(shè)置在電解槽（1）的外部，NASICON型無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)隔膜槽（3）的頂部與電解槽（1）的頂部密封連接，NASICON型無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)隔膜槽（3）的底部通過(guò)導(dǎo)鈉管（9）與金屬鈉收集器（14）的進(jìn)料口連通，導(dǎo)鈉管（9）上設(shè)有導(dǎo)鈉管閥門（15），金屬鈉收集器（14）的側(cè)壁設(shè)置有保護(hù)氣體出入氣管（22），所述保護(hù)氣體出入氣管（22）上設(shè)有保護(hù)氣體出入氣管閥門（23）；NASICON型無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)隔膜槽（3）的頂部設(shè)置有陰極電解質(zhì)投料管（5）和陰極端保護(hù)氣體進(jìn)氣管（7），所述陰極電解質(zhì)投料管（5）上設(shè)有陰極電解質(zhì)投料管閥門（21），所述陰極端保護(hù)氣體進(jìn)氣管（7）上設(shè)有陰極端保護(hù)氣體進(jìn)氣管閥門（19），NASICON型無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)隔膜槽（3）上設(shè)置有陰極（4）；所述陽(yáng)極電解質(zhì)腔（10）上設(shè)置有第一陽(yáng)極（11）和第二陽(yáng)極（12），陽(yáng)極電解質(zhì)腔（10）的頂部設(shè)置有陽(yáng)極電解質(zhì)投料管（6），所述陽(yáng)極電解質(zhì)投料管（6）上設(shè)有陽(yáng)極電解質(zhì)投料管閥門（20），導(dǎo)氯管（16）的一端設(shè)置在陽(yáng)極電解質(zhì)腔（10）的頂部，導(dǎo)氯管（16）的另一端與儲(chǔ)氯器（8）的進(jìn)氣口連通，導(dǎo)氯管（16）上設(shè)有導(dǎo)氯管閥門（17）。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于固態(tài)電解質(zhì)隔膜材料的電解裝置制鈉的方法，其特征在于所述基于固態(tài)電解質(zhì)隔膜材料的電解裝置還包括加熱設(shè)備（2），所述加熱設(shè)備（2）設(shè)置在電解槽（1）的外表面。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于固態(tài)電解質(zhì)隔膜材料的電解裝置制鈉的方法，其特征在于所述基于固態(tài)電解質(zhì)隔膜材料的電解裝置還包括金屬鈉冷卻器（18），所述金屬鈉冷卻器（18）設(shè)置在金屬鈉收集器（14）的底端。

說(shuō)明書： 一種基于固態(tài)電解質(zhì)隔膜材料的電解裝置及利用該電解裝置制鈉的方法

技術(shù)領(lǐng)域[0001] 本發(fā)明涉及一種固態(tài)電解質(zhì)隔膜材料電解制鈉的裝置。背景技術(shù)[0002] 鈉是一種應(yīng)用非常廣泛的堿金屬元素，在地殼中的儲(chǔ)量頗豐，其在能源、化工、醫(yī)藥、染料和國(guó)防軍工等領(lǐng)域占據(jù)著極其重要的地位，具有非常高的工業(yè)價(jià)值。近些年，固態(tài)

鋰電池的極速發(fā)展帶動(dòng)了衍生的固態(tài)鈉電池的研究，作為固態(tài)電池負(fù)極部分不可或缺的電

極材料，金屬鈉擁有其他電極材料難以比擬的優(yōu)勢(shì)，當(dāng)電池負(fù)極使用鈉金屬時(shí)，其理論容量?1高達(dá)1166mAhg ，是目前鋰離子電池石墨電極理論容量的近三倍。因此，在儲(chǔ)能領(lǐng)域和光電領(lǐng)域?qū)τ诟呒兌冉饘兮c的需求逐年攀升。

[0003] 目前金屬鈉的制備手段主要有以下幾種：食鹽熔融電解、燒堿熔融電解、電解鈉汞齊和β－Al2O3隔膜電解。食鹽熔融電解制鈉工藝稱為Downs法，原材料為精制鹽，產(chǎn)物主要是鈉金屬以及氯氣，Downs電解槽通過(guò)使用多個(gè)陰極合并組成的電解單元，與導(dǎo)電鋁排相連，石墨作為電極，電解單元上部的收集器將產(chǎn)物鈉金屬及氯氣分別保存，兩電極間安置有防止金屬鈉和氯氣再次接觸的鐵制隔膜。由于氯化鈉的熔點(diǎn)高達(dá)801℃，電解反應(yīng)消耗所需的能量巨大，且對(duì)電解裝置的要求也高，所以通常會(huì)采用二元或三元共熔物來(lái)降低電解反應(yīng)的溫度，以達(dá)到節(jié)約能耗滿足設(shè)備要求的目的。但是降低設(shè)備要求的同時(shí)也引入了雜質(zhì)，使得后續(xù)還要進(jìn)行產(chǎn)物的純化，且引入共熔物降低熔融的溫度有限(約為570℃)，電解效率大約在80％左右。

[0004] 燒堿熔融電解的工藝稱為Castner法，原材料為氫氧化鈉，產(chǎn)物主要是鈉金屬、氧氣和水，陰極一般為鐵制電極，陽(yáng)極一般為鎳制電極，兩電極之間安置有分離電解產(chǎn)物的鎳網(wǎng)，電解質(zhì)采用的是碳酸鈉以及氫氧化鈉組成的二元混合物，電解得到產(chǎn)物粗鈉需要進(jìn)行精制，成型后得到產(chǎn)品鈉。Castner法所需的電解溫度在330℃左右，對(duì)設(shè)備要求低，但其電解效率只有50％左右。

[0005] 電解鈉汞齊制金屬鈉，鈉汞齊作為陽(yáng)極，陰極采用多孔鐵片，電解液為飽和氫氣的NaI、NaOH、NaCN，電解時(shí)多孔鐵片上浮出金屬鈉。電解鈉汞齊法制鈉所需的工作溫度在220℃左右，對(duì)設(shè)備要求低，其電解效率高達(dá)95％，但該法工作過(guò)程所產(chǎn)生的汞蒸汽對(duì)作業(yè)人員有害且污染環(huán)境。

[0006] β?Al2O3隔膜電解制鈉分為兩類：β?Al2O3隔膜電解熔融氫氧化鈉和β?Al2O3隔膜電解熔融氯化鈉。β?Al2O3隔膜電解熔融氫氧化鈉工藝，陽(yáng)極一般為鎳制，陰極一般為鋼制，氫氧化鈉為陽(yáng)極液，鈉為陰極液，β?Al2O3管為隔膜。該法所需的工作溫度在330℃左右，對(duì)設(shè)備?1要求低，電解效率高達(dá)100％，耗電量在5500kWht 左右。β?Al2O3隔膜電解熔融氯化鈉工藝，陽(yáng)極一般為石墨，陰極一般為鋼制，氯化鈉與氯化鋅為陽(yáng)極液，鈉為陰極液，β?Al2O3管為隔膜。該法所需的工作溫度在340℃左右，對(duì)設(shè)備要求低，電解效率也高達(dá)100％，耗電量在?17800kWht 左右。β?Al2O3隔膜電解制鈉工藝的核心是β?Al2O3。β?Al2O3是一種無(wú)機(jī)固體電解?1質(zhì)，具有較高的離子電導(dǎo)率，室溫下離子電導(dǎo)率最大僅有2mScm ，但其合成溫度高達(dá)1600℃，生產(chǎn)耗能高，且要求制造設(shè)備必須具備復(fù)雜的耐熱部件，在大規(guī)模應(yīng)用上受限。其他常規(guī)的無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)材料存在比較嚴(yán)重的鈉沉積現(xiàn)象，影響電解質(zhì)隔膜材料的使用壽命。

[0007] 未來(lái)在比較長(zhǎng)的一段時(shí)間里，工業(yè)制金屬鈉的手段主要還是以食鹽熔融電解制鈉的Downs法為主，β?Al2O3隔膜電解制鈉工藝僅在一些特定場(chǎng)合的小規(guī)模制金屬鈉時(shí)偶爾使用。因此解決以上問(wèn)題的關(guān)鍵是找到一種離子電導(dǎo)率高，工作壽命長(zhǎng)且合成工藝簡(jiǎn)便的電解質(zhì)材料。

發(fā)明內(nèi)容[0008] 本發(fā)明的目的是要解決傳統(tǒng)制鈉方法電解效率低、雜質(zhì)含量高和污染環(huán)境，β?Al2O3隔膜電解法采用的電解質(zhì)材料離子電導(dǎo)率低、耗能高和合成設(shè)備要求高以及常規(guī)電解質(zhì)材料存在嚴(yán)重的鈉沉積現(xiàn)象的問(wèn)題，而提供一種基于固態(tài)電解質(zhì)隔膜材料的電解裝置及利用該電解裝置制鈉的方法。

[0009] 一種基于固態(tài)電解質(zhì)隔膜材料的電解裝置，所述電解裝置包括電解槽、NASICON型無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)隔膜槽、陰極、儲(chǔ)氯器、陽(yáng)極和金屬鈉收集器，所述陽(yáng)極由第一陽(yáng)極和第二陽(yáng)極組成；

[0010] 所述電解槽封閉設(shè)置，電解槽的內(nèi)部設(shè)置有NASICON型無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)隔膜槽，所述NASICON型無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)隔膜槽的內(nèi)部為陰極電解質(zhì)腔，NASICON型無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)隔膜槽的外部為陽(yáng)極電解質(zhì)腔；所述金屬鈉收集器設(shè)置在電解槽的外部，NASICON型無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)隔膜槽的頂部與電解槽的頂部密封連接，NASICON型無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)隔膜槽的底部通過(guò)導(dǎo)鈉管與金屬鈉收集器的進(jìn)料口連通，導(dǎo)鈉管上設(shè)有導(dǎo)鈉管閥門，金屬鈉收集器的側(cè)壁設(shè)置有保護(hù)氣體出入氣管，所述保護(hù)氣體出入氣管上設(shè)有保護(hù)氣體出入氣管閥門；

NASICON型無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)隔膜槽的頂部設(shè)置有陰極電解質(zhì)投料管和陰極端保護(hù)氣體進(jìn)氣管，所述陰極電解質(zhì)投料管上設(shè)有陰極電解質(zhì)投料管閥門，所述陰極端保護(hù)氣體進(jìn)氣管上設(shè)有陰極端保護(hù)氣體進(jìn)氣管閥門，NASICON型無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)隔膜槽上設(shè)置有陰極；所述陽(yáng)極電解質(zhì)腔上設(shè)置有第一陽(yáng)極和第二陽(yáng)極，陽(yáng)極電解質(zhì)腔的頂部設(shè)置有陽(yáng)極電解質(zhì)投料管，所述陽(yáng)極電解質(zhì)投料管上設(shè)有陽(yáng)極電解質(zhì)投料管閥門，導(dǎo)氯管的一端設(shè)置在陽(yáng)極電解質(zhì)腔的頂部，導(dǎo)氯管的另一端與儲(chǔ)氯器的進(jìn)氣口連通，導(dǎo)氯管上設(shè)有導(dǎo)氯管閥門。

[0011] 利用所述的一種基于固態(tài)電解質(zhì)隔膜材料的電解裝置制鈉的方法，按以下步驟進(jìn)行：

[0012] 一、先通過(guò)陽(yáng)極電解質(zhì)投料管的進(jìn)料口向陽(yáng)極電解質(zhì)腔內(nèi)加入陽(yáng)極液和陽(yáng)極電解質(zhì)，通過(guò)陰極電解質(zhì)投料管的進(jìn)料口向陰極電解質(zhì)腔內(nèi)加入陰極電解質(zhì)，并通過(guò)陰極端保護(hù)氣體進(jìn)氣管的進(jìn)氣口向陰極電解質(zhì)腔內(nèi)通入保護(hù)氣體，然后將陰極與第一陽(yáng)極和第二陽(yáng)極之間均連通直流電壓，同時(shí)啟動(dòng)加熱設(shè)備；所述陽(yáng)極液為由eZnCl2+fBaCl2+gNaCl組成的三元共熔物體系，所述的e、f和g為對(duì)應(yīng)共熔物的含量，其中0≤e≤1，0≤f≤1，0≤g≤1，且e、f和g不同時(shí)為0或1，所述陰極電解質(zhì)為金屬鈉，所述陽(yáng)極電解質(zhì)為由氯化鈉和氯化鋅組成的混合物；

[0013] 二、啟動(dòng)金屬鈉冷卻器，電解反應(yīng)生成的氯氣通過(guò)導(dǎo)氯管進(jìn)入到儲(chǔ)氯器內(nèi)，電解反應(yīng)生成的熔融金屬鈉通過(guò)導(dǎo)鈉管進(jìn)入到金屬鈉收集器，熔融金屬鈉經(jīng)金屬鈉冷卻器冷卻成固態(tài)金屬鈉；當(dāng)金屬鈉收集器內(nèi)充滿固態(tài)金屬鈉后，關(guān)閉導(dǎo)鈉管閥門，同時(shí)打開保護(hù)氣體出入氣管閥門，向金屬鈉收集器內(nèi)通入保護(hù)氣體，再對(duì)固態(tài)金屬鈉進(jìn)行收集；NASICON型無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)隔膜槽由電解質(zhì)材料Na1+x+yInxZr2?xSiyP3?yO12制成，x和y分別為對(duì)應(yīng)元素所占的摩爾百分比，0≤x≤1，1≤y≤2.2。

[0014] 本發(fā)明電解制鈉工作時(shí)，陰極作為負(fù)電位，陽(yáng)極作為正電位，惰性氣體氛圍，在陰極和陽(yáng)極之間加一個(gè)直流電壓，鈉離子在電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下，從陽(yáng)極區(qū)透過(guò)NASICON型無(wú)機(jī)固態(tài)電

解質(zhì)隔膜，在陰極材料上被還原為金屬鈉，反應(yīng)式：

[0015] 陽(yáng)極：NaCl?e?→Na++1/2Cl2[0016] 陰極：Na++e?→Na[0017] 總反應(yīng)：NaCl→Na+1/2Cl2[0018] 本發(fā)明的原理：[0019] 常規(guī)的無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)材料，電解工作時(shí)NASICON晶格內(nèi)的Na+需要穿越晶界，遷移至陰極界面上獲得電子，從而轉(zhuǎn)變成鈉原子；而當(dāng)電解質(zhì)材料存在晶粒粗大、晶界阻抗大

和致密度低等情況影響時(shí)，在材料內(nèi)部的晶界、氣孔和微裂紋等處會(huì)形成極微小的鈉電極，

+

Na 在此微電極上得到電子發(fā)生氧化還原反應(yīng)，從而出現(xiàn)鈉沉積。本專利采用的NASICON型

無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)隔膜槽，其內(nèi)部無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)Na1+x+yInxZr2?xSiyP3?yO12(x和y分別為對(duì)應(yīng)

元素所占的摩爾百分比，0≤x≤1，1≤y≤2.2)具有高致密度以及低晶界濃度等優(yōu)勢(shì)，能有

效防止鈉沉積現(xiàn)象。

[0020] 本發(fā)明的有益效果：[0021] (1)本發(fā)明采用NASICON型無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)隔膜制取金屬鈉，工作條件下該固態(tài)電解質(zhì)具有高離子電導(dǎo)率，長(zhǎng)工作壽命且合成工藝簡(jiǎn)便，避免了其他常規(guī)的無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)

材料存在比較嚴(yán)重的鈉沉積現(xiàn)象以及β－Al2O3隔膜電解質(zhì)所需的高合成溫度以及高設(shè)備要

求等苛刻條件，有利于隔膜電解制鈉工藝的推廣使用。此外，陽(yáng)極電解質(zhì)腔頂部設(shè)置有導(dǎo)氯

管，可以將電解反應(yīng)生成的氯氣收集至儲(chǔ)氯器中，氯氣是一項(xiàng)重要的化工原料，增加了該工

藝的經(jīng)濟(jì)效益；另外在金屬鈉收集器底部設(shè)置有冷卻器，可以將電解反應(yīng)制得的熔融鈉金

屬快速冷卻降溫收集，加快該工藝制金屬鈉的生產(chǎn)速度。

[0022] (2)本發(fā)明提出將NASICON型固體電解質(zhì)材料應(yīng)用到電解制鈉的工藝，利用NASICON型固體電解質(zhì)材料離子電導(dǎo)率高且合成工藝簡(jiǎn)便的優(yōu)勢(shì)，避免了傳統(tǒng)的食鹽熔融

電解、燒堿熔融電解、電解鈉汞齊法的低電解效率、高雜質(zhì)含量和污染環(huán)境等缺陷，避免了

其他常規(guī)的無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)材料存在比較嚴(yán)重的鈉沉積現(xiàn)象以及β?Al2O3隔膜電解法所采

用的電解質(zhì)材料的低離子電導(dǎo)率、高耗能和高合成設(shè)備要求等問(wèn)題，有利于隔膜電解制鈉

工藝的推廣使用。

[0023] 本發(fā)明可獲得一種基于固態(tài)電解質(zhì)隔膜材料的電解裝置及利用該電解裝置制鈉的方法。

附圖說(shuō)明[0024] 圖1為實(shí)施例1一種基于固態(tài)電解質(zhì)隔膜材料的電解裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，1為電解槽，2為加熱設(shè)備，3為NASICON型無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)隔膜槽，4為陰極，5為陰極電解質(zhì)投料管，6

為陽(yáng)極電解質(zhì)投料管，7為陰極端保護(hù)氣體進(jìn)氣管，8為儲(chǔ)氯器，9為導(dǎo)鈉管，10為陽(yáng)極電解質(zhì)

腔，11為第一陽(yáng)極，12為第二陽(yáng)極，13為陰極電解質(zhì)腔，14為金屬鈉收集器，15為導(dǎo)鈉管閥

門，16為導(dǎo)氯管，17為導(dǎo)氯管閥門，18為金屬鈉冷卻器，19為陰極端保護(hù)氣體進(jìn)氣管閥門，20

為陽(yáng)極電解質(zhì)投料管閥門，21為陰極電解質(zhì)投料管閥門，22為保護(hù)氣體出入氣管，23為保護(hù)

氣體出入氣管閥門。

具體實(shí)施方式[0025] 具體實(shí)施方式一：本實(shí)施方式一種基于固態(tài)電解質(zhì)隔膜材料的電解裝置，所述電解裝置包括電解槽1、NASICON型無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)隔膜槽3、陰極4、儲(chǔ)氯器8、陽(yáng)極和金屬鈉收

集器14，所述陽(yáng)極由第一陽(yáng)極11和第二陽(yáng)極12組成；

[0026] 所述電解槽1封閉設(shè)置，電解槽1的內(nèi)部設(shè)置有NASICON型無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)隔膜槽3，所述NASICON型無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)隔膜槽3的內(nèi)部為陰極電解質(zhì)腔13，NASICON型無(wú)機(jī)固態(tài)

電解質(zhì)隔膜槽3的外部為陽(yáng)極電解質(zhì)腔10；所述金屬鈉收集器14設(shè)置在電解槽1的外部，

NASICON型無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)隔膜槽3的頂部與電解槽1的頂部密封連接，NASICON型無(wú)機(jī)固態(tài)

電解質(zhì)隔膜槽3的底部通過(guò)導(dǎo)鈉管9與金屬鈉收集器14的進(jìn)料口連通，導(dǎo)鈉管9上設(shè)有導(dǎo)鈉

管閥門15，金屬鈉收集器14的側(cè)壁設(shè)置有保護(hù)氣體出入氣管22，所述保護(hù)氣體出入氣管22

上設(shè)有保護(hù)氣體出入氣管閥門23；NASICON型無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)隔膜槽3的頂部設(shè)置有陰極電

解質(zhì)投料管5和陰極端保護(hù)氣體進(jìn)氣管7，所述陰極電解質(zhì)投料管5上設(shè)有陰極電解質(zhì)投料

管閥門21，所述陰極端保護(hù)氣體進(jìn)氣管7上設(shè)有陰極端保護(hù)氣體進(jìn)氣管閥門19，NASICON型

無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)隔膜槽3上設(shè)置有陰極4；所述陽(yáng)極電解質(zhì)腔10上設(shè)置有第一陽(yáng)極11和第二

陽(yáng)極12，陽(yáng)極電解質(zhì)腔10的頂部設(shè)置有陽(yáng)極電解質(zhì)投料管6，所述陽(yáng)極電解質(zhì)投料管6上設(shè)

有陽(yáng)極電解質(zhì)投料管閥門20，導(dǎo)氯管16的一端設(shè)置在陽(yáng)極電解質(zhì)腔10的頂部，導(dǎo)氯管16的

另一端與儲(chǔ)氯器8的進(jìn)氣口連通，導(dǎo)氯管16上設(shè)有導(dǎo)氯管閥門17。

[0027] 具體實(shí)施方式二：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同點(diǎn)是：所述電解裝置還包括加熱設(shè)備2，所述加熱設(shè)備2設(shè)置在電解槽1的外表面。

[0028] 其他步驟與具體實(shí)施方式一相同。[0029] 具體實(shí)施方式三：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一或二不同點(diǎn)是：所述電解裝置還包括金屬鈉冷卻器18，所述金屬鈉冷卻器18設(shè)置在金屬鈉收集器14的底端。

[0030] 其他步驟與具體實(shí)施方式一或二相同。[0031] 具體實(shí)施方式四：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至三之一不同點(diǎn)是：所述NASICON型無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)隔膜槽3由電解質(zhì)材料Na1+x+yInxZr2?xSiyP3?yO12制成，x和y分別為對(duì)應(yīng)元

素所占的摩爾百分比，0≤x≤1，1≤y≤2.2。

[0032] 其他步驟與具體實(shí)施方式一至三相同。[0033] 具體實(shí)施方式五：本實(shí)施方式利用一種基于固態(tài)電解質(zhì)隔膜材料的電解裝置制鈉的方法，按以下步驟進(jìn)行：

[0034] 一、先通過(guò)陽(yáng)極電解質(zhì)投料管6的進(jìn)料口向陽(yáng)極電解質(zhì)腔10內(nèi)加入陽(yáng)極液和陽(yáng)極電解質(zhì)，通過(guò)陰極電解質(zhì)投料管5的進(jìn)料口向陰極電解質(zhì)腔13內(nèi)加入陰極電解質(zhì)，并通過(guò)陰

極端保護(hù)氣體進(jìn)氣管7的進(jìn)氣口向陰極電解質(zhì)腔13內(nèi)通入保護(hù)氣體，然后將陰極4與第一陽(yáng)

極11和第二陽(yáng)極12之間均連通直流電壓，同時(shí)啟動(dòng)加熱設(shè)備2；所述陽(yáng)極液為由eZnCl2+

fBaCl2+gNaCl組成的三元共熔物體系，所述的e、f和g為對(duì)應(yīng)共熔物的含量，其中0≤e≤1，0

≤f≤1，0≤g≤1，且e、f和g不同時(shí)為0或1，所述陰極電解質(zhì)為金屬鈉，所述陽(yáng)極電解質(zhì)為由

氯化鈉和氯化鋅組成的混合物；

[0035] 二、啟動(dòng)金屬鈉冷卻器18，電解反應(yīng)生成的氯氣通過(guò)導(dǎo)氯管16進(jìn)入到儲(chǔ)氯器8內(nèi)，電解反應(yīng)生成的熔融金屬鈉通過(guò)導(dǎo)鈉管9進(jìn)入到金屬鈉收集器14，熔融金屬鈉經(jīng)金屬鈉冷

卻器18冷卻成固態(tài)金屬鈉；當(dāng)金屬鈉收集器14內(nèi)充滿固態(tài)金屬鈉后，關(guān)閉導(dǎo)鈉管閥門15，同

時(shí)打開保護(hù)氣體出入氣管閥門23，向金屬鈉收集器14內(nèi)通入保護(hù)氣體，再對(duì)固態(tài)金屬鈉進(jìn)

行收集；NASICON型無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)隔膜槽3由電解質(zhì)材料Na1+x+yInxZr2?xSiyP3?yO12制成，x和

y分別為對(duì)應(yīng)元素所占的摩爾百分比，0≤x≤1，1≤y≤2.2。

[0036] 本實(shí)施方式的有益效果：[0037] (1)本實(shí)施方式采用NASICON型無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)隔膜制取金屬鈉，工作條件下該固態(tài)電解質(zhì)具有高離子電導(dǎo)率，長(zhǎng)工作壽命且合成工藝簡(jiǎn)便，避免了其他常規(guī)的無(wú)機(jī)固態(tài)電

解質(zhì)材料存在比較嚴(yán)重的鈉沉積現(xiàn)象以及β－Al2O3隔膜電解質(zhì)所需的高合成溫度以及高設(shè)

備要求等苛刻條件，有利于隔膜電解制鈉工藝的推廣使用。此外，陽(yáng)極電解質(zhì)腔頂部設(shè)置有

導(dǎo)氯管，可以將電解反應(yīng)生成的氯氣收集至儲(chǔ)氯器中，氯氣是一項(xiàng)重要的化工原料，增加了

該工藝的經(jīng)濟(jì)效益；另外在金屬鈉收集器底部設(shè)置有冷卻器，可以將電解反應(yīng)制得的熔融

鈉金屬快速冷卻降溫收集，加快該工藝制金屬鈉的生產(chǎn)速度。

[0038] (2)本實(shí)施方式提出將NASICON型固體電解質(zhì)材料應(yīng)用到電解制鈉的工藝，利用NASICON型固體電解質(zhì)材料離子電導(dǎo)率高且合成工藝簡(jiǎn)便的優(yōu)勢(shì)，避免了傳統(tǒng)的食鹽熔融

電解、燒堿熔融電解、電解鈉汞齊法的低電解效率、高雜質(zhì)含量和污染環(huán)境等缺陷，避免了

其他常規(guī)的無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)材料存在比較嚴(yán)重的鈉沉積現(xiàn)象以及β?Al2O3隔膜電解法所采

用的電解質(zhì)材料的低離子電導(dǎo)率、高耗能和高合成設(shè)備要求等問(wèn)題，有利于隔膜電解制鈉

工藝的推廣使用。

[0039] 采用以下實(shí)施例驗(yàn)證本發(fā)明的有益效果：[0040] 實(shí)施例1：一種基于固態(tài)電解質(zhì)隔膜材料的電解裝置，所述電解裝置包括電解槽1、加熱設(shè)備2、NASICON型無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)隔膜槽3、陰極4、儲(chǔ)氯器8、陽(yáng)極、金屬鈉收集器14和

金屬鈉冷卻器18，所述陽(yáng)極由第一陽(yáng)極11和第二陽(yáng)極12組成；所述NASICON型無(wú)機(jī)固態(tài)電解

質(zhì)隔膜槽3由電解質(zhì)材料Na1+x+yInxZr2?xSiyP3?yO12制成，x和y分別為對(duì)應(yīng)元素所占的摩爾百

分比，0≤x≤1，1≤y≤2.2；

[0041] 所述電解槽1封閉設(shè)置，所述加熱設(shè)備2設(shè)置在電解槽1的外表面，電解槽1的內(nèi)部設(shè)置有NASICON型無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)隔膜槽3，所述NASICON型無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)隔膜槽3的內(nèi)部

為陰極電解質(zhì)腔13，NASICON型無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)隔膜槽3的外部為陽(yáng)極電解質(zhì)腔10；所述金

屬鈉收集器14設(shè)置在電解槽1的外部，NASICON型無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)隔膜槽3的頂部與電解槽1

的頂部密封連接，NASICON型無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)隔膜槽3的底部通過(guò)導(dǎo)鈉管9與金屬鈉收集器

14的進(jìn)料口連通，導(dǎo)鈉管9上設(shè)有導(dǎo)鈉管閥門15，金屬鈉收集器14的側(cè)壁設(shè)置有保護(hù)氣體出

入氣管22，所述保護(hù)氣體出入氣管22上設(shè)有保護(hù)氣體出入氣管閥門23，金屬鈉冷卻器18設(shè)

置在金屬鈉收集器14的底端；NASICON型無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)隔膜槽3的頂部設(shè)置有陰極電解質(zhì)

投料管5和陰極端保護(hù)氣體進(jìn)氣管7，所述陰極電解質(zhì)投料管5上設(shè)有陰極電解質(zhì)投料管閥

門21，所述陰極端保護(hù)氣體進(jìn)氣管7上設(shè)有陰極端保護(hù)氣體進(jìn)氣管閥門19，NASICON型無(wú)機(jī)

固態(tài)電解質(zhì)隔膜槽3上設(shè)置有陰極4，且陰極4的一端設(shè)置在電解槽1的外部；所述陽(yáng)極電解

質(zhì)腔10上設(shè)置有第一陽(yáng)極11和第二陽(yáng)極12，且第一陽(yáng)極11和第二陽(yáng)極12的一端均設(shè)置在電

解槽1的外部；陽(yáng)極電解質(zhì)腔10的頂部設(shè)置有陽(yáng)極電解質(zhì)投料管6，所述陽(yáng)極電解質(zhì)投料管6

上設(shè)有陽(yáng)極電解質(zhì)投料管閥門20，導(dǎo)氯管16的一端設(shè)置在陽(yáng)極電解質(zhì)腔10的頂部，導(dǎo)氯管

16的另一端與儲(chǔ)氯器8的進(jìn)氣口連通，導(dǎo)氯管16上設(shè)有導(dǎo)氯管閥門17。

[0042] 實(shí)施例2：利用如實(shí)施例1所述的一種基于固態(tài)電解質(zhì)隔膜材料的電解裝置制鈉的方法，按以下步驟進(jìn)行：

[0043] 一、先通過(guò)陽(yáng)極電解質(zhì)投料管6的進(jìn)料口向陽(yáng)極電解質(zhì)腔10內(nèi)加入陽(yáng)極液和陽(yáng)極電解質(zhì)，通過(guò)陰極電解質(zhì)投料管5的進(jìn)料口向陰極電解質(zhì)腔13內(nèi)加入陰極電解質(zhì)，并通過(guò)陰

極端保護(hù)氣體進(jìn)氣管7的進(jìn)氣口向陰極電解質(zhì)腔13內(nèi)通入保護(hù)氣體，保護(hù)產(chǎn)物熔融鈉金屬

不發(fā)生副反應(yīng)；然后將陰極4與第一陽(yáng)極11和第二陽(yáng)極12之間均連通直流電壓，同時(shí)啟動(dòng)加

熱設(shè)備2；所述陽(yáng)極液為由eZnCl2+fBaCl2+gNaCl組成的三元共熔物體系，所述的e、f和g為對(duì)

應(yīng)共熔物的含量，其中0≤e≤1，0≤f≤1，0≤g≤1，且e、f和g不同時(shí)為0或1，所述陰極電解

質(zhì)為高純度金屬鈉，其純度為99.9～99.99％；所述陽(yáng)極電解質(zhì)為由氯化鈉和氯化鋅組成的

混合物；

[0044] 二、啟動(dòng)金屬鈉冷卻器18，電解反應(yīng)生成的氯氣通過(guò)導(dǎo)氯管16進(jìn)入到儲(chǔ)氯器8內(nèi)，防止發(fā)生副反應(yīng)并進(jìn)一步提高該工藝的經(jīng)濟(jì)效益；電解反應(yīng)生成的熔融金屬鈉通過(guò)導(dǎo)鈉管

9進(jìn)入到金屬鈉收集器14，熔融金屬鈉經(jīng)金屬鈉冷卻器18冷卻成固態(tài)金屬鈉，熔融金屬鈉快

速冷卻降溫，增加生產(chǎn)效益；當(dāng)金屬鈉收集器14內(nèi)充滿固態(tài)金屬鈉后，關(guān)閉導(dǎo)鈉管閥門15，

同時(shí)打開保護(hù)氣體出入氣管閥門23，向金屬鈉收集器14內(nèi)通入保護(hù)氣體，再對(duì)固態(tài)金屬鈉

進(jìn)行收集；NASICON型無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)隔膜槽3由電解質(zhì)材料Na1+x+yInxZr2?xSiyP3?yO12制成，x

和y分別為對(duì)應(yīng)元素所占的摩爾百分比，0≤x≤1，1≤y≤2.2。

[0045] 收集完固態(tài)金屬鈉之后，可按照步驟一和二繼續(xù)進(jìn)行電解制鈉。[0046] 對(duì)本實(shí)施例收集的氯氣和固態(tài)金屬鈉的純度進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果顯示：本實(shí)施例收集的氯氣和固態(tài)金屬鈉的純度極高，固態(tài)金屬鈉的純度為99.9～99.99％，氯氣的純度為

99.8～99.99％。