CN111850592B - 一种联产丙酸并提高阴离子交换膜电解水性能的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种联产丙酸并提高阴离子交换膜电解水性能的方法，属于能源储存技术领域。本发明提出在现有阴离子交换膜电解水制氢过程的电解质溶液中加入丙醇，改善了电化学反应活性，提升了制氢效率，同时在阳极获得丙酸。所提出改进的方法对于电解水的性能具有显著的提升，同时产生了有价值的化学品。

Description

一种联产丙酸并提高阴离子交换膜电解水性能的方法
技术领域
本发明属于能源储存技术领域，涉及到一种联产丙酸并提高阴离子交换膜电解水性能的方法。
背景技术
由于化石能源是一种不可再生能源，并且会对环境造成污染，促使人们发展可持续和清洁的能源储存转换技术。利用电化学或光电化学水分解技术生产清洁的H2，被认为是未来能源需求的一种有希望的方法。
由于可再生能源输入驱动产生清洁氢气的电催化水分解已被视为未来能源组合中的一项有前途的战略。当前，用于在碱性溶液中进行水分解的最先进的电催化剂是用于O2析出反应(OER)的IrO2和用于H2析出反应(HER)的Pt/C。要实现从水分解中大量生产H2，需要合格的非贵金属电催化剂。尽管该领域已经取得了数十年的进步，但仍然存在一些挑战，需要克服：(1)在常规的水电解中，HER和OER严格耦合，因此会同时产生H2和O2，这可能会由于气体交叉而导致爆炸性的H2/O2混合。同时，氢气与氧气和电催化剂的共存会产生活性氧，这可能会缩短电解槽的寿命；(2)HER速率通常受OER速率的限制，因为后者的动力学更慢，这降低了整体能量转换效率。此外，OER的产品O2的价值不高；(3)为将来的H2经济发展高效，低成本的H2存储和运输系统仍然是一项挑战。
我们提出了一种创新策略以解决常规水电解中的上述三个挑战。这些新颖的策略包括(1)氧化还原介质实现的水电解解耦，用于在时间和空间上将HER与OER分离；(2)通过整合热力学上更有利的有机反应来代替OER的混合水电解，以及(3)利用正丙醇的电化学氧化反应来代替OER，不仅可以避免气体混合带来的安全问题，还产生了一种比氧气具有显著价值的物质丙酸。50℃，2.5V时电流密度从35.97mA/cm2增加到56.64mA/cm2增加了1.57倍。采用有机物质电化学耦合制氢的创新方法对电池性能的提升具有重要的意义。
发明内容
本发明旨在提高阴离子交换膜电解水电池性能，提供了一种在热力学上更加有利的反应来代替阳极OER，利用正丙醇电化学氧化的方法，不仅提高了电池的电流密度，而且制备了一种具有工业价值的物质丙酸。
本发明的技术方案：
一种联产丙酸并提高阴离子交换膜电解水性能的方法，在现有阴离子交换膜电解水制氢过程的电解质溶液中加入丙醇，改善电化学反应活性，提升了制氢效率，同时在阳极获得丙酸。
其反应式为：
阳极：CH3CH2CH2OH+4OH-→CH3CH2COOH+3H2O+4e-；
阴极：4H20+4e-→4OH-+2H2；
总反应：CH3CH2CH2OH+H20→CH3CH2COOH+2H2；
控制正丙醇的浓度为1mol/L。
步骤如下：
(1)制备阳极催化剂油墨或阴极催化剂油墨：将阳极催化剂粉末或阴极催化剂粉末、正丙醇和去离子水混合，在冰水浴条件下，超声处理，然后添加离聚物溶液，再超声以形成分散均匀的阳极催化剂油墨或阴极催化剂油墨；
(3)最后将阳极催化剂油墨和阴极催化剂油墨分别喷涂到阴离子交换膜的两侧，形成催化剂层；将喷涂有催化剂层的阴离子交换膜夹在两气体扩散层中间组装得到膜电极，镍泡沫作为气体扩散层；镍泡沫分别在丙酮和乙醇中进行超声处理，以除去其表面可能存在的油污，防止对电池性能造成损害；
(4)膜电极制备完毕进行电池组装，电解质溶液采用正丙醇溶液，以5mL/min的流速从阳极进料；使用电化学工作站进行电池的电化学性能测试。
所述的阳极催化剂为IrO2。
所述的阴极催化剂为Pt/C。
本发明的有益效果：本发明采用正丙醇电化学氧化与电解水制氢的方法，所述方法可用于阴离子交换膜电解水，具有高的电流密度，同时还能降低电池的电荷转移阻抗，产生一种具有经济价值的物质。
具体实施方式
以下结合实施案列对本发明做进一步的描述，但是本发明的实施方式并不仅限于此。
实施例
1mol/L正丙醇电解质溶液的电池性能的测试：膜电极制备完毕后，将电池进行组装。将电池连接IVIUM多通道电化学工作站进行电池的电化学性能测试，先进性预加湿。去离子水通过蠕动泵从阳极进料，流速为5mL/min。同时通入氮气一段时间去除装置中的空气，将水浴锅温度设为50℃，输送进料液的加热带温度设置为50℃，电池两端的热电偶温度设置为50℃。待其温度稳定后大约30min开始进行电化学性能的测试。正式测试之前，采用变流强制活化对电池进行活化，以构建良好的离子、电子传输通道，充分发挥电池性能。活化完成后，采用两电极法测试电池在50℃的交流阻抗(EIS)，阻抗测试频率范围设为100KHz-1 Hz，变化幅度为10mV。然后对其进行极化曲线测试，测试电压范围为1.3～2.5V，扫速设为5mV s-1。50℃下的电化学性能测试完毕后，采用相同的方法测试60℃、70℃、80℃下的性能。
本发明采用的提高电解水电池性能的方法，在不同温度下的电池性能如下表：
表1纯水中电解水电池性能
Figure BDA0002567896090000041
表2 1mol/L正丙醇溶液中电解水电池性能
Figure BDA0002567896090000042

Claims (1)

1.一种联产丙酸并提高阴离子交换膜电解水性能的方法，其特征在于，在现有阴离子交换膜电解水制氢过程的电解质溶液中加入丙醇，控制正丙醇的浓度为1mol/L，改善电化学反应活性，提升了制氢效率，同时在阳极获得丙酸；
电极的制备步骤如下：
(1)制备阳极催化剂油墨或阴极催化剂油墨：将阳极催化剂粉末或阴极催化剂粉末、正丙醇和去离子水混合，在冰水浴条件下，超声处理，然后添加离聚物溶液，再超声以形成分散均匀的阳极催化剂油墨或阴极催化剂油墨；所述的阳极催化剂为IrO2，阴极催化剂为Pt/C；
(3)最后将阳极催化剂油墨和阴极催化剂油墨分别喷涂到阴离子交换膜的两侧，形成催化剂层；将喷涂有催化剂层的阴离子交换膜夹在两气体扩散层中间组装得到膜电极，镍泡沫作为气体扩散层；镍泡沫分别在丙酮和乙醇中进行超声处理，以除去其表面可能存在的油污，防止对电池性能造成损害；
(4)膜电极制备完毕进行电池组装，电解质溶液采用正丙醇溶液，以5mL/min的流速从阳极进料；使用电化学工作站进行电池的电化学性能测试。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112813460A (zh) * 2020-12-28 2021-05-18 同济大学 一种spe电解槽用膜电极活化方法、应用及电解槽结构
US11339483B1 (en) 2021-04-05 2022-05-24 Alchemr, Inc. Water electrolyzers employing anion exchange membranes

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1699629A (zh) * 2004-05-20 2005-11-23 石油大学(北京) 低电耗水电解制氢联产氢氧化物的方法
CN101075672A (zh) * 2007-06-20 2007-11-21 天津大学 用于燃料电池或电解的膜电极的制备方法
CN101250713A (zh) * 2007-11-30 2008-08-27 清华大学 一种固体电解质膜电极的制备方法
CN201108799Y (zh) * 2007-09-05 2008-09-03 比亚迪股份有限公司 有机气体清除器
CN101380542A (zh) * 2007-09-05 2009-03-11 比亚迪股份有限公司 有机气体清除器
CN104641021A (zh) * 2012-09-19 2015-05-20 液体光有限公司 利用醇共氧化的二氧化碳电化学还原
CN104846394A (zh) * 2015-04-15 2015-08-19 上海交通大学 可利用高色度含醇废水氢-电联产的光化学电池装置
CN109715859A (zh) * 2016-09-22 2019-05-03 西门子股份公司 由二氧化碳、水和电能制备丙醇、丙醛和/或丙酸的方法
CN109778218A (zh) * 2019-02-01 2019-05-21 南京大学 一种电化学制氢与提锂联产的装置及方法
WO2020009572A1 (en) * 2018-07-06 2020-01-09 Technische Universiteit Delft Electrolysis system comprising an electrode array

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1699629A (zh) * 2004-05-20 2005-11-23 石油大学(北京) 低电耗水电解制氢联产氢氧化物的方法
CN101075672A (zh) * 2007-06-20 2007-11-21 天津大学 用于燃料电池或电解的膜电极的制备方法
CN201108799Y (zh) * 2007-09-05 2008-09-03 比亚迪股份有限公司 有机气体清除器
CN101380542A (zh) * 2007-09-05 2009-03-11 比亚迪股份有限公司 有机气体清除器
CN101250713A (zh) * 2007-11-30 2008-08-27 清华大学 一种固体电解质膜电极的制备方法
CN104641021A (zh) * 2012-09-19 2015-05-20 液体光有限公司 利用醇共氧化的二氧化碳电化学还原
CN104846394A (zh) * 2015-04-15 2015-08-19 上海交通大学 可利用高色度含醇废水氢-电联产的光化学电池装置
CN109715859A (zh) * 2016-09-22 2019-05-03 西门子股份公司 由二氧化碳、水和电能制备丙醇、丙醛和/或丙酸的方法
WO2020009572A1 (en) * 2018-07-06 2020-01-09 Technische Universiteit Delft Electrolysis system comprising an electrode array
CN109778218A (zh) * 2019-02-01 2019-05-21 南京大学 一种电化学制氢与提锂联产的装置及方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Value-Added Formate Production from Selective Methanol Oxidation as Anodic Reaction to Enhance Electrochemical Hydrogen Cogeneration";Mei Li等;《ChemSusChem》;20200121;第13卷;第914-921页 *
Mei Li等."Value-Added Formate Production from Selective Methanol Oxidation as Anodic Reaction to Enhance Electrochemical Hydrogen Cogeneration".《ChemSusChem》.2020,第13卷第914-921页. *

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