CN112246289B - 一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生装置及其再生方法 - Google Patents

一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生装置及其再生方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112246289B
CN112246289B CN202011140151.9A CN202011140151A CN112246289B CN 112246289 B CN112246289 B CN 112246289B CN 202011140151 A CN202011140151 A CN 202011140151A CN 112246289 B CN112246289 B CN 112246289B
Authority
CN
China
Prior art keywords
oxygen electrode
regeneration
poisoning
electrocatalyst
poisoned
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202011140151.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112246289A (zh
Inventor
尹鸽平
刘玉鑫
李凌峰
杜磊
孔凡鹏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harbin Institute of Technology
Original Assignee
Harbin Institute of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Harbin Institute of Technology filed Critical Harbin Institute of Technology
Priority to CN202011140151.9A priority Critical patent/CN112246289B/zh
Publication of CN112246289A publication Critical patent/CN112246289A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112246289B publication Critical patent/CN112246289B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J38/00—Regeneration or reactivation of catalysts, in general
    • B01J38/04—Gas or vapour treating; Treating by using liquids vaporisable upon contacting spent catalyst
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/90—Regeneration or reactivation
    • B01J23/96—Regeneration or reactivation of catalysts comprising metals, oxides or hydroxides of the noble metals
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J27/00—Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
    • B01J27/28—Regeneration or reactivation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J38/00—Regeneration or reactivation of catalysts, in general
    • B01J38/04—Gas or vapour treating; Treating by using liquids vaporisable upon contacting spent catalyst
    • B01J38/10—Gas or vapour treating; Treating by using liquids vaporisable upon contacting spent catalyst using elemental hydrogen
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J38/00—Regeneration or reactivation of catalysts, in general
    • B01J38/48—Liquid treating or treating in liquid phase, e.g. dissolved or suspended
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J38/00—Regeneration or reactivation of catalysts, in general
    • B01J38/48—Liquid treating or treating in liquid phase, e.g. dissolved or suspended
    • B01J38/64—Liquid treating or treating in liquid phase, e.g. dissolved or suspended using alkaline material; using salts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/008—Disposal or recycling of fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/84—Recycling of batteries or fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)

Abstract

一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生装置及其再生方法，它属于电催化领域。本发明要解决的技术问题是高效无损的方法缓解、解决含硫物质对氧电极的毒化。本发明将毒化后的氧电极置于含有NOx的环境中，利用NOx取代吸附氧电极电催化剂表面的毒化物质，所述的NOx的环境为气态NOx环境或者液态NOx环境；将取代吸附后氧电极进行电化学还原反应，完成氧电极电催化剂的再生。本发明将高电位氧化毒化物质的再生方法转化为低电位还原再生，不仅可以消除空气杂质中含硫气体对氧电极电催化剂的毒化影响，又避免了高电位氧化再生对催化剂稳定性的影响。本发明方法快速，高效。

Description

一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生装置及 其再生方法
技术领域
本发明属于电催化领域；具体涉及一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生装置及其再生方法。
背景技术
氧电极为能使氧气发生还原反应的气体电极，是燃料电池，金属空气电池，电解水，过氧化氢发生器等装置中的重要组成部分。为了操作简便、节约成本，在实际应用通常以空气代替氧气作为反应物。空气中存在大量可能大幅度降低氧电极电催化活性与稳定性的毒化物种，如,SO2，SO3，NO2，NO，H2S，CO，CO2，O3，有机小分子(甲酸，甲醇，乙醇，丙烯，乙腈，甲基丙烯酸甲酯，萘，乙炔等)、金属离子等，这些杂质会与催化剂发生强相互作用，占据电极表面从而影响氧电极的性能。因此，研究空气杂质对氧电极电催化剂的毒化影响与去毒化方法化对提升氧电极的稳定性，促进氧电极的大规模的商业化应用具有重要意义。
SO2作为汽车尾气和工业废气的主要成分，是毒化程度最严重的空气杂质，并且毒化后性能恢复不可逆。SO2在电极上的存在形式与电位有关，电极一旦被SO2毒化，其电极表面的含硫物质种类多种多样。目前，关于消除SO2对电催化剂毒化影响的再生方法主要为外净化法和电位恢复法。外净化法一般在电池的阴极进气口前外加一个脱硫装置，使空气中的SO2在进入电池前先吸附剂吸附。这种方法的主要缺陷是吸附剂容易吸附饱和，脱硫装置净化不够完全，净化容量有限。频繁更换外净化装置不仅会增加成本，又增加了电池系统的复杂性。电位恢复法主要利用高电位含硫物质氧化脱附的原理，通过循环伏安或者恒电位脉冲的方法将表面的含硫物质氧化除去，使活性位点再生。这种方法的缺点是氧化电位较高，循环伏安扫描到1.5V，至少循环8圈才能将催化剂表面的含硫物质全部除去。高电位氧化的去毒化条件不仅很难实现还会对催化剂的稳定性造成较大影响。因此，提出一种高效无损的方法缓解、解决含硫物质对氧电极的毒化是本领域的技术人员亟需解决的问题。
发明内容
本发明目的是提供了一种高效的去除电极表面的毒化物质并且对催化剂稳定性无影响的一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生装置及其再生方法。
本发明通过以下技术方案实现：
一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生方法，包括如下步骤：
步骤1、取代吸附：将毒化后的氧电极置于含有NOx的环境中，利用NOx取代吸附氧电极电催化剂表面的毒化物质，所述的NOx的环境为气态NOx环境或者液态NOx环境；
步骤2、电化学还原：将步骤1取代吸附后的氧电极进行电化学还原反应，完成氧电极电催化剂的再生。
本发明所述的一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生方法，步骤1中气态NOx环境为含有一定浓度的NO、NO2中一种或两种的混合气体；步骤1中液态NOx环境为亚硝酸盐或硝酸盐溶液。
本发明所述的一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生方法，步骤1所述的气态NOx环境中所述的NO的气体浓度为1ppb～10ppm，所述的NO2的气体浓度为1ppb～10ppm，取代吸附反应的气体流量为10～300mL/min·cm2，取代吸附反应的时间为10s～30min，气体排出后通过碱液吸收有毒气体。
本发明所述的一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生方法，步骤1所述的液态NOx环境中所述的盐溶液浓度为0.01～10M，取代吸附反应的溶液流量为0.1～100mL/min·cm2，取代吸附反应的时间为10s～30min。
本发明所述的一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生方法，步骤1中取代吸附反应过程中通过对电极施加电压的方法调节取代吸附过程的时间，电压范围为0～1V。
本发明所述的一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生方法，步骤2中电化学还原反应采用循环伏安扫描方法或恒电位电化学还原方法；循环伏安扫描的电位区间的低电位<0.5V，高电位<1V，扫描速率为0～2V/s，扫描圈数为1圈；恒电位电化学还原的电极电位<1V，工作时间为1～60s。
本发明所述的一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生装置，包括毒化后的氧电极，所述的毒化后的氧电极的出气口通过管路连接液体泵，所述的液体泵通过管路连接储液罐，所述的储液罐通过管路连接毒化后的氧电极的进气口，所述的毒化后的氧电极的电极两端与电化学装置通过导线连接。
本发明所述的一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生装置，所述的电化学装置为直流电源或电化学工作站。
本发明所述的一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生装置，包括毒化后的氧电极，所述的毒化后的氧电极的出气口通过管路连接气体吸收瓶，所述的毒化后的氧电极的进气口通过管路连接储气罐，所述的毒化后的氧电极的电极两端与电化学装置通过导线连接。
本发明所述的一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生装置，所述的电化学装置为直流电源或电化学工作站。
本发明所述的一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生方法，所述的毒化后的氧电极为应用于燃料电池、金属空气电池、电解水、过氧化氢发生器等装置中的氧电极。
本发明所述的一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生方法，所述的毒化后的氧电极为含硫物质毒化后的电极，含硫物质为SO2，H2S，SO3，S单质，硫化物，多硫化物，亚硫酸及其盐，过硫酸及其盐，焦硫酸及其盐，硫代硫酸及其盐，连二亚硫酸及其盐，磺酸及其盐，亚硫酰氯的一种或多种混合物。
本发明所述的一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生方法，所述的氧电极电催化剂为单独或担载在载体上的Pt基催化剂或者非Pt基催化剂，催化剂载体为碳材料或非碳材料，所述的碳材料包括炭黑，石墨，石墨烯，碳纳米管，所述的非碳材料包括氧化物、碳化物、氮化物、磷化物中的一种或几种的组合物，所述的氧化物包括CeO2，WOx，SiO2，所述的碳化物包括Ti2C3，ZrC，SiC。
本发明所述的一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生方法，所述的Pt基催化剂为Pt或者Pt合金或者含有上述两者的复合材料。
本发明所述的一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生方法，所述的非Pt基催化剂为Au，Pd，AuRu，Ru-CeO2，Pd/CNT，Au-SnO2-MnO2，Ru/CeO2，Cu/SiC，CuNC。
本发明的有益效果为：
本发明所述的一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生方法，在含有NOx的环境中，NOx取代吸附氧电极催化剂表面的毒化物质，然后进行低电位还原去毒化过程实现催化剂的再生。此方法将高电位氧化毒化物质的再生方法转化为低电位还原再生。此方法不仅可以高效的去除电极表面的毒化物质，又避免了高电位氧化对催化剂稳定性的影响。
本发明所述的一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生装置，能够快速达到催化剂完全去毒化的效果，有效的消除空气中含硫物质对氧电极的毒化影响，操作简单，携带方便。
附图说明
图1为所述的一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生装置在液态NOx环境下的结构示意图；
图2为所述的一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生装置在气态NOx环境下的结构示意图；
图3为具体实施方式一燃料电池氧电极电催化剂Pt/C未毒化、毒化后与再生后的催化剂的对比循环伏安曲线；
图4为具体实施方式二燃料电池氧电极电催化剂PtCo/CNT未毒化、毒化后与再生后，电池的对比电流电压极化曲线；
图5为具体实施方式三燃料电池氧电极电催化剂Pb/MnO2未毒化、毒化后与再生后，电池的对比电流电压极化曲线；
图6为具体实施方式五锂空气电池PtIr/C催化剂未毒化、毒化后与再生后，锂空气电池对比放电曲线；
图7为本发明所用燃料电池结构示意图。
具体实施方式
下面将结合具体实施方式，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的具体实施方式仅仅是本发明一部分具体实施方式，而不是全部的具体实施方式。基于本发明中的具体实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他具体实施方式，都属于本发明保护的范围。
具体实施方式一：
一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生方法，包括如下步骤：
步骤1、取代吸附：将毒化后的氧电极置于含有NOx的环境中，利用NOx取代吸附氧电极电催化剂表面的毒化物质，所述的NOx的环境为液态NOx环境；
步骤2、电化学还原：将步骤1取代吸附后的电池阴极通入氮气，阳极通入氢气，进行电化学还原反应，完成氧电极电催化剂的再生。
本实施方式所述的一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生方法，应用于本实施方式的毒化后的氧电极为已被SO2毒化的质子交换膜燃料电池的阴极，电池催化剂为Pt/C。质子交换膜燃料电池的示意图如图7所示。
本实施方式所述的一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生方法，所用装置如图1所示。
本实施方式所述的一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生方法，步骤1所述的液态NOx环境为0.1M的NaNO2溶液，溶液pH为2，溶液从氧电极进气口流入，出气口流出，溶液流量为2mL/min·cm2，取代吸附反应的时间为3min。
本实施方式所述的一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生方法，步骤2中电化学还原反应采用恒电位电化学还原法，提供恒电位的装置为直流电源，输出电压为0.2V。取代吸附后的毒化电池阴极通氮气，阳极通氢气，气体流量为60mL/min·cm2。电池阴极与直流电源正极相连，阳极与直流电源负极相连，工作时间为30s。
本实施方式所述的一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生方法，电极表面发生的电化学反应方程式为：
Figure BDA0002737984860000051
本实施方式所述的一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生方法，吸附的NOx被还原为可溶于水的硝酸根离子，从表面脱附，电极实现再生。
本实施方式所述的一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生方法，图3为SO2毒化前后与再生后氧电极催化剂的循环伏安曲线，从图中能够看出，毒化后Pt/C的氢区明显变小，说明大部分活性面积被含硫物质毒化。经由本实施方式的再生方法处理后，Pt/C的活性面积恢复到未毒化的状态，催化剂完全再生，催化剂的再生率为100％。
具体实施方式二：
一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生方法，包括如下步骤：
步骤1、取代吸附：将毒化后的氧电极置于含有NOx的环境中，利用NOx取代吸附氧电极电催化剂表面的毒化物质，所述的NOx的环境为气态NOx环境；
步骤2、电化学还原：将步骤1取代吸附后的电池阴极通入氩气，阳极通入氢气，进行电化学还原反应，完成氧电极电催化剂的再生。
本实施方式所述的一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生方法，应用于本实施方式的毒化后的氧电极为已被H2S毒化的质子交换膜燃料电池的阴极，阴极催化剂为PtCo/CNT。
本实施方式所述的一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生方法，步骤1中气态NOx环境为0.1ppm的NO，0.2ppm的NO2，混合气体中其余的气体为氩气。混合气体从毒化后的氧电极的进气口进入，出气口排出，废气被气体吸收瓶中的氢氧化钠溶液吸收。
本实施方式所述的一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生方法，步骤1取代吸附反应的气体流量为50mL/min·cm2，取代吸附反应的时间为5min。
本实施方式所述的一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生方法，步骤2中电化学还原反应采用恒电位电化学还原法，提供恒电位的装置为直流电源，输出电压为0.2V。取代后的毒化电池阴极通氩气，阳极通氢气，气体流量为40mL/min·cm2，电池阴极与直流电源正极相连，阳极与直流电源负极相连，工作时间为45s。
本实施方式所述的一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生方法，图4为H2S毒化前后与再生后燃料电池电流电压极化曲线，由图4能够看出，毒化后的氧电极经由本实施方式的方法处理后，电池电压恢复到未毒化的状态，说明毒化物质被完全除去，催化剂完全再生，催化剂的再生率为100％。
具体实施方式三：
一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生方法，包括如下步骤：
步骤1、取代吸附：将毒化后的氧电极置于含有NOx的环境中，利用NOx取代吸附氧电极电催化剂表面的毒化物质，所述的NOx的环境为气态NOx环境；
步骤2、电化学还原：将步骤1取代吸附后的电池阴极通入氮气，阳极通入氢气，进行电化学还原反应，完成氧电极电催化剂的再生。
本实施方式所述的一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生方法，应用于本实施方式的毒化后的氧电极为已被Na2SO3毒化的质子交换膜燃料电池的阴极，阴极催化剂为Pb/MnO2。
本实施方式所述的一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生方法，步骤1中气态NOx环境为0.2ppm的NO2的混合气体，混合气体中其余的气体为氮气，混合气体从毒化后的氧电极的进气口进入，出气口排出，废气被气体吸收瓶中的氢氧化钠溶液吸收。
本实施方式所述的一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生方法，取代吸附反应的气体流量为30mL/min·cm2，取代吸附反应的时间为10min。
本实施方式所述的一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生方法，步骤2中电化学还原反应采用循环伏安扫描法。电池阴极通氮气，阳极通氢气，气体流量为60mL/min·cm2。电化学工作站设置为循环伏安模式，扫描电位区间为0.05V～0.4V，扫描速率为10mV/s，起始电位为开路电位。循环伏安扫描进行一圈后，断开电源，停止通气。
本实施方式所述的一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生方法，图5为Na2SO3毒化前后与再生后燃料电池电流电压极化曲线，由图5能够看出，毒化后的氧电极经由实施本实施方式方法处理后，电池电压恢复到未毒化的状态，说明毒化物质被完全除去，催化剂完全再生，再生率为100％。
具体实施方式四：
一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生方法，包括如下步骤：
步骤1、取代吸附：将毒化后的氧电极置于含有NOx的环境中，利用NOx取代吸附氧电极电催化剂表面的毒化物质，所述的NOx的环境为液态NOx环境；
步骤2、电化学还原：将步骤1取代吸附后的电池阴极通入氮气，阳极通入氢气，进行电化学还原反应，完成氧电极电催化剂的再生。
本实施方式所述的一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生方法，应用于本实施方式的毒化后的氧电极为已被SO2与H2S混合气体毒化的碱性燃料电池的阴极，阴极催化剂为CuNC。
本实施方式所述的一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生方法，步骤1中液态NOx环境为pH为8的0.5M的亚硝酸钠溶液，溶液从毒化后的氧电极的进气口流入，出气口流出。取代吸附反应的溶液流量为4mL/min cm2，取代吸附反应的时间为3min。
本实施方式所述的一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生方法，步骤1中取代吸附反应过程中将毒化后的电池两端施加恒电位，将电化学工作站与电池端板相连，功能设置为恒电位模式，电位设置为0.65V，进行取代吸附反应。
本实施方式所述的一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生方法，步骤2中电化学还原反应采用恒电位电化学还原法。电池阴极通氮气，阳极通氢气，气体流量为50mL/min·cm2。改变电化学工作站恒电位模式的功能参数，电位设置为0.2V，时间为20s。
本实施方式所述的一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生方法，毒化后的氧电极经由本实施方式的方法处理后，电池电压恢复到未毒化的状态，毒化物质被完全除去，催化剂完全再生，催化剂的再生率为100％。
具体实施方式五：
一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生方法，包括如下步骤：
步骤1、取代吸附：将毒化后的氧电极置于含有NOx的环境中，利用NOx取代吸附氧电极电催化剂表面的毒化物质，所述的NOx的环境为气态NOx环境；
步骤2、电化学还原：将步骤1取代吸附后的电池阴极通入氩气，进行电化学还原反应，完成氧电极电催化剂的再生。
本实施方式所述的一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生方法，应用于本实施方式的毒化后的氧电极为已被SO2毒化的锂空气电池的阴极，阴极催化剂为PtIr/C。
本实施方式所述的一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生方法，步骤1中气态NOx环境为含有0.1ppm的NO气体，混合气体中其余的气体为氮气，混合气体从毒化后的氧电极的进气口进入，出气口排出。
本实施方式所述的一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生方法，取代吸附反应的气体流量为35mL/min·cm2，取代吸附反应的时间为20min，气体排出后通过碱液吸收有毒气体。
本实施方式所述的一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生方法，步骤2中电化学还原反应采用循环伏安扫描法。电池阴极通氩气，流量为40mL/min·cm2，电化学工作站设置为循环伏安模式，扫描电位区间为0.1V～0.3V，扫描速率为5mV/s，起始电位为开路电位，循环伏安扫描进行一圈后，断开电源，停止通气。
本实施方式所述的一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生方法，图6为SO2毒化前后与再生后锂空气电池放电曲线，由图6能够看出，毒化后的电池经由实施本实施方式方法处理后，电池电压恢复到未毒化的状态，说明毒化物质被完全除去，催化剂完全再生，再生率为100％。
具体实施方式六：
一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生装置，包括毒化后的电池1，所述的毒化后的氧电极的出气口通过管路连接液体泵4，所述的液体泵通过管路连接储液罐3，所述的储液罐通过管路连接毒化后的氧电极的进气口，所述的毒化后的电池1的阴极和阳极分别与电化学装置2的正极和负极通过导线连接。
本实施方式所述的一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生装置，所述的电化学装置为直流电源或电化学工作站。
本实施方式所述的一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生装置，所述的毒化后的氧电极为应用于燃料电池、金属空气电池、电解水、过氧化氢发生器中的氧电极。
本实施方式所述的一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生装置，所述的毒化后的氧电极为含硫物质毒化后的电极，含硫物质为SO2，H2S，SO3，S单质，硫化物，多硫化物，亚硫酸及其盐，过硫酸及其盐，焦硫酸及其盐，硫代硫酸及其盐，连二亚硫酸及其盐，磺酸及其盐，亚硫酰氯的一种或多种混合物。
本实施方式所述的一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生装置，所述的氧电极电催化剂为单独或担载在载体上的Pt基催化剂或者非Pt基催化剂，催化剂载体为碳材料或非碳材料，所述的碳材料包括炭黑，石墨，石墨烯，碳纳米管，所述的非碳材料包括氧化物、碳化物、氮化物、磷化物中的一种或几种的组合物，所述的氧化物包括CeO2，WOx，SiO2，所述的碳化物包括Ti2C3，ZrC，SiC。
本实施方式所述的一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生装置，所述的Pt基催化剂为Pt或者Pt合金，或者含有上述两者的复合材料。
本实施方式所述的一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生装置，所述的非Pt基催化剂为Au，Pd，AuRu，Ru-CeO2，Pd/CNT，Au-SnO2-MnO2，Ru/CeO2，Cu/SiC，CuNC。
具体实施方式七：
一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生装置，包括毒化后的电池1，所述的毒化后的氧电极的出气口通过管路连接气体吸收瓶6，所述的毒化后的氧电极的进气口连接储气罐5，所述的毒化后的电池1的阴极和阳极分别与电化学装置2的正极和负极通过导线连接。
本实施方式所述的一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生装置，所述的电化学装置为直流电源或电化学工作站。
本实施方式所述的一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生装置，所述的毒化后的氧电极为应用于燃料电池、金属空气电池、电解水、过氧化氢发生器中的氧电极。
本实施方式所述的一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生装置，所述的毒化后的氧电极为含硫物质毒化后的电极，含硫物质为SO2，H2S，SO3，S单质，硫化物，多硫化物，亚硫酸及其盐，过硫酸及其盐，焦硫酸及其盐，硫代硫酸及其盐，连二亚硫酸及其盐，磺酸及其盐，亚硫酰氯的一种或多种混合物。
本实施方式所述的一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生装置，所述的氧电极电催化剂为单独或担载在载体上的Pt基催化剂或者非Pt基催化剂，催化剂载体为碳材料或非碳材料，所述的碳材料包括炭黑，石墨，石墨烯，碳纳米管，所述的非碳材料包括氧化物、碳化物、氮化物、磷化物中的一种或几种的组合物，所述的氧化物包括CeO2，WOx，SiO2，所述的碳化物包括Ti2C3，ZrC，SiC。
本实施方式所述的一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生装置，所述的Pt基催化剂为Pt或者Pt合金，或者含有上述两者的复合材料。
本实施方式所述的一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生装置，所述的非Pt基催化剂为Au，Pd，AuRu，Ru-CeO2，Pd/CNT，Au-SnO2-MnO2，Ru/CeO2，Cu/SiC，CuNC。
具体实施方式八：
本实施方式与具体实施方式二不同的是：步骤1所述的气态NOx环境中所述的NO的气体浓度为10ppm。
本实施方式所述的一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生方法，毒化后的氧电极经由实施本实施方式方法处理后，电池电压恢复到未毒化的状态，说明毒化物质被完全除去，催化剂完全再生，再生率为100％。
具体实施方式九：
本实施方式与具体实施方式二不同的是：步骤1所述的气态NOx环境中所述的NO2的气体浓度为1ppb～10ppm。
本实施方式所述的一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生方法，毒化后的氧电极经由实施本实施方式方法处理后，电池电压恢复到未毒化的状态，说明毒化物质被完全除去，催化剂完全再生，再生率为100％。
具体实施方式十：
本实施方式与具体实施方式四不同的是：步骤1所述的液态NOx环境中所述盐溶液浓度为10M，取代吸附反应的溶液流量为100mL/min·cm2，取代吸附反应的时间为10s。
本实施方式所述的一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生方法，毒化后的氧电极经由实施本实施方式方法处理后，电池电压恢复到未毒化的状态，说明毒化物质被完全除去，催化剂完全再生，再生率为100％。
具体实施方式十一：
本实施方式与具体实施方式四不同的是：步骤1所述的液态NOx环境中所述盐溶液浓度为0.01M，取代吸附反应的溶液流量为0.1mL/min·cm2，取代吸附反应的时间为30min。
本实施方式所述的一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生方法，毒化后的氧电极经由实施本实施方式方法处理后，电池电压恢复到未毒化的状态，说明毒化物质被完全除去，催化剂完全再生，再生率为100％。
具体实施方式十二：
本实施方式和具体实施方式一不同的是，本实施方式应用于本实施方式的毒化后的氧电极为已被Na2SO3毒化的金属空气电池的氧电极，阴极催化剂为IrRu/C。
本实施方式所述的一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生方法，毒化后的氧电极经由实施本实施方式方法处理后，电池电压恢复到未毒化的状态，说明毒化物质被完全除去，催化剂完全再生，再生率为100％。
具体实施方式十三：
本实施方式和具体实施方式一不同的是，本实施方式应用于本实施方式的毒化后的氧电极为已被SO2毒化的电解水发生器的氧电极，阴极催化剂为PtNC。
本实施方式所述的一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生方法，毒化后的氧电极经由实施本实施方式方法处理后，电池电压恢复到未毒化的状态，说明毒化物质被完全除去，催化剂完全再生，再生率为100％。
具体实施方式十四：
本实施方式和具体实施方式一不同的是，本实施方式应用于本实施方式的毒化后的氧电极为已被K2SO3毒化的电解水发生器的氧电极，阴极催化剂为PtRu/C。
本实施方式所述的一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生方法，毒化后的氧电极经由实施本实施方式方法处理后，电池电压恢复到未毒化的状态，说明毒化物质被完全除去，催化剂完全再生，再生率为100％。
具体实施方式十五：
本实施方式和具体实施方式一不同的是，本实施方式应用于本实施方式的毒化后的氧电极为已被SO2，SO3毒化的过氧化氢发生器的氧电极，阴极催化剂为FeNC。
本实施方式所述的一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生方法，毒化后的氧电极经由实施本实施方式方法处理后，电池电压恢复到未毒化的状态，说明毒化物质被完全除去，催化剂完全再生，再生率为100％。
对所公开的具体实施方式的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些具体实施方式的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它具体实施方式中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些具体实施方式，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1、取代吸附：将毒化后的氧电极置于含有NOx的环境中，利用NOx取代吸附氧电极电催化剂表面的毒化物质，所述的NOx的环境为气态NOx环境或者液态NOx环境；
步骤2、电化学还原：将步骤1取代吸附后的氧电极进行电化学还原反应，完成氧电极电催化剂的再生。
2.根据权利要求1所述的一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生方法，其特征在于：步骤1中气态NOx环境为含有一定浓度的NO、NO2中一种或两种的混合气体；步骤1中液态NOx环境为亚硝酸盐或硝酸盐溶液。
3.根据权利要求2所述的一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生方法，其特征在于：步骤1所述的气态NOx环境中所述的NO的气体浓度为1ppb～10ppm，所述的NO2的气体浓度为1ppb～10ppm，取代吸附反应的气体流量为10～300mL/min·cm2，取代吸附反应的时间为10s～30min。
4.根据权利要求3所述的一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生方法，其特征在于：步骤1所述的液态NOx环境中所述盐溶液浓度为0.01～10M，取代吸附反应的溶液流量为0.1～100mL/min·cm2，取代吸附反应的时间为10s～30min。
5.根据权利要求3或4所述的一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生方法，其特征在于：步骤1中取代吸附反应过程中通过对电极施加电压的方法调节取代吸附过程的时间，电压范围为0～1V。
6.根据权利要求1所述的一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生方法，其特征在于：步骤2中电化学还原反应采用循环伏安扫描法或恒电位电化学还原法；循环伏安扫描的电位区间的低电位<0.5V，高电位<1V，扫描速率为0～2V/s，扫描圈数为1圈；恒电位电化学还原的电极电位<1V，工作时间为1～60s。
7.一种权利要求1-6之一所述的一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生方法的再生装置，其特征在于：包括毒化后的氧电极(1)，所述的毒化后的氧电极(1)的出气口通过管路连接液体泵(4)，所述的液体泵(4)通过管路连接储液罐(3)，所述的储液罐(3)通过管路连接毒化后的氧电极(1)的进气口，所述的毒化后的氧电极(1)的电极两端与电化学装置(2)通过导线连接。
8.根据权利要求7所述的一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生方法的再生装置，其特征在于：所述的电化学装置(2)为直流电源或电化学工作站。
9.一种权利要求1-6之一所述的一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生方法的再生装置，其特征在于：包括毒化后的氧电极(1)，所述的毒化后的氧电极(1)的出气口通过管路连接气体吸收瓶(6)，所述的毒化后的氧电极(1)的进气口通过管路连接储气罐(5)，所述的毒化后的氧电极(1)的电极两端与电化学装置(2)通过导线连接。
10.根据权利要求9所述的一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生方法的再生装置，其特征在于：所述的电化学装置(2)为直流电源或电化学工作站。
CN202011140151.9A 2020-10-22 2020-10-22 一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生装置及其再生方法 Active CN112246289B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011140151.9A CN112246289B (zh) 2020-10-22 2020-10-22 一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生装置及其再生方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011140151.9A CN112246289B (zh) 2020-10-22 2020-10-22 一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生装置及其再生方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112246289A CN112246289A (zh) 2021-01-22
CN112246289B true CN112246289B (zh) 2022-06-07

Family

ID=74264032

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011140151.9A Active CN112246289B (zh) 2020-10-22 2020-10-22 一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生装置及其再生方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112246289B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114832575B (zh) * 2021-06-07 2023-05-02 长城汽车股份有限公司 一种空气滤清系统、控制方法及车辆
KR102593966B1 (ko) * 2021-08-10 2023-10-26 숭실대학교 산학협력단 열화된 고분자 전해질 연료전지 촉매 보충시스템 및 열화된 고분자 전해질 연료전지 촉매 보충방법

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101170193A (zh) * 2006-10-27 2008-04-30 新源动力股份有限公司 能恢复被硫化氢毒化的质子交换膜燃料电池性能的方法
CN102247756A (zh) * 2010-05-18 2011-11-23 赖志勤 烟气电催化-吸附脱硫脱硝除尘除重金属一体化装置
CN110585916A (zh) * 2019-09-30 2019-12-20 华中师范大学 电芬顿催化氧化去除气态污染物的方法及其装置

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6472090B1 (en) * 1999-06-25 2002-10-29 Ballard Power Systems Inc. Method and apparatus for operating an electrochemical fuel cell with periodic reactant starvation
KR100603008B1 (ko) * 2004-09-07 2006-07-24 (주)네오포텍 광촉매층이 내부에 코팅되고 전극이 일체형으로 형성된디젤엔진 배출가스 정화장치 및 그 제조방법
CN101140997A (zh) * 2006-09-08 2008-03-12 新源动力股份有限公司 一种质子交换膜燃料电池失效膜电极恢复再生的方法
KR101103847B1 (ko) * 2010-08-16 2012-01-06 숭실대학교산학협력단 철 산화환원쌍을 이용한 캐소드 전극을 포함하는 연료전지
CN101937999B (zh) * 2010-09-09 2013-06-05 哈尔滨工业大学 二元合金担载型多孔空心球结构直接醇类燃料电池催化剂的制备方法
FR2977985A1 (fr) * 2011-07-13 2013-01-18 Commissariat Energie Atomique Procede de depollution et de regeneration d'une electrode de pile a combustible empoisonnee par des composes soufres
CN102646857A (zh) * 2012-05-17 2012-08-22 哈尔滨工业大学 一种废旧Li3V2(PO4)3正极材料的回收再生方法
CN104485232B (zh) * 2014-12-18 2017-06-06 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种染料敏化太阳能电池用对电极的制备方法
CN108963275B (zh) * 2018-06-01 2021-06-08 北京化工大学 一种非金属自支撑空气电极及其制备方法
CN109244500A (zh) * 2018-09-07 2019-01-18 黑龙江大学 固体氧化物燃料电池阳极硫中毒再生装置及再生方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101170193A (zh) * 2006-10-27 2008-04-30 新源动力股份有限公司 能恢复被硫化氢毒化的质子交换膜燃料电池性能的方法
CN102247756A (zh) * 2010-05-18 2011-11-23 赖志勤 烟气电催化-吸附脱硫脱硝除尘除重金属一体化装置
CN110585916A (zh) * 2019-09-30 2019-12-20 华中师范大学 电芬顿催化氧化去除气态污染物的方法及其装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Liu, YX et al.."Deactivation and regeneration of a benchmark Pt/C catalyst toward oxygen reduction reaction in the presence of poisonous SO2 and NO".《Catalysis Science & Technology》.2022, *
李渤等.空气中的杂质气体对PEMFC性能的影响.《化工时刊》.2006,(第12期), *

Also Published As

Publication number Publication date
CN112246289A (zh) 2021-01-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110559853B (zh) 阳极和阴极同步电化学法去除气态污染物的方法及其装置
CN110585916B (zh) 电芬顿催化氧化去除气态污染物的方法及其装置
CN112246289B (zh) 一种消除空气杂质对氧电极电催化剂毒化影响的再生装置及其再生方法
KR20200002278A (ko) 질소 산화물로부터 암모니아를 제조하는 전기화학 시스템 및 제조방법
JP4096690B2 (ja) 燃料電池システムおよび水素ガス供給装置
CN105664682A (zh) 一种熔盐深度脱硫及烟气资源化利用的方法
WO2022148170A1 (zh) 电化学法降解气态有机污染物的装置及其方法
KR101366183B1 (ko) 3가 철-에틸렌디아민사아세트산을 이용하는 산화환원 연료전지 및 이를 이용한 일산화질소 분리방법
CN106237791B (zh) 一种no的高效络合吸收/电催化还原回收氮资源的方法
CN101694880A (zh) 一种燃料电池电极催化剂
KR101730601B1 (ko) 알칼리성 황화이온 연료전지를 이용한 황화수소의 제거 및 전기생산방법
CN100576616C (zh) 一种消除杂质气体co对燃料电池性能影响的方法
KR102179532B1 (ko) 질소산화물 제거용 전기분해장치, 및 질소산화물 제거방법
CN112811529A (zh) 一种石墨烯基非均相电催化阴极及其制备方法和应用
CN216698450U (zh) 一种燃料电池用氢气的杂质净化装置
KR20200090668A (ko) 질소 산화물로부터 암모니아를 제조하는 전기화학 시스템 및 제조방법
KR102244158B1 (ko) 질소산화물로부터 질산암모늄 제조를 위한 전기화학 반응기 및 제조방법
CN104716344B (zh) 一种催化剂在燃料电池抗so2中毒的应用及中毒恢复方法
US9263756B1 (en) Electrochemical method for the removal of PPM levels of carbon monoxide from hydrogen for a fuel cell
JP2009217975A (ja) 燃料極触媒、膜電極接合体及び燃料電池
KR100599814B1 (ko) 연료 전지용 촉매, 그의 제조 방법 및 그를 포함하는 연료 전지 시스템
JPH02311302A (ja) 燃料電池に供給する水素ガスの精製装置
CN101125296A (zh) 一种直接甲醇燃料电池阴极催化剂及其制备方法
CN101176844A (zh) 直接甲醇燃料电池阳极催化剂及其制备方法和应用
CN108110266B (zh) 一种燃料电池用金属基负载碳纤维催化剂载体及制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant