CN113707923B - 基于钠-二氧化碳电池固定废气中二氧化碳的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于钠‑二氧化碳电池固定废气中二氧化碳的方法。所述方法包括以下步骤：提供钠‑二氧化碳电池，所述钠‑二氧化碳电池包括正极、固体电解质、负极；将所述钠‑二氧化碳电池放置在废气通道或废气出口处进行工作，当具有二氧化碳的废气经过所述正极时，钠‑二氧化碳电池进行工作，正极产生包括碳酸钠和碳的产物，当所述产物堆积到预设体积或重量时，将所述正极拆卸下来，将所述正极上的所述产物中的碳酸钠和碳进行分离回收得到回收处理后的所述正极；当所述负极耗尽或消耗至一定程度时，提供新的负极；将所述新的负极、回收处理后的正极和固体电解质重新组装为新的钠‑二氧化碳电池，再将所述新的钠‑二氧化碳电池进行二氧化碳固定。

Description

基于钠-二氧化碳电池固定废气中二氧化碳的方法
技术领域
本发明公开一种基于钠-二氧化碳电池固定废气中二氧化碳的方法，属于废气处理领域。
背景技术
自工业革命以来，由于人类活动排放了大量的二氧化碳气体，使得大气中二氧化碳的浓度急剧升高(占大气成分的0.04％)，造成温室效应日益增强。根据全球实时碳排放数据统计，全球的二氧化碳排放量主要来自电力(39％)、工业生产(28％)、陆运(18％)、航空(3％)、船运(2％)以及居民消耗(10％)。随着全世界对温室效应的关注，在2020年第七十五届联合国大会上，我国向世界郑重承诺力争在2030年前实现碳达峰，努力争取在2060年前实现碳中和。因此，将电力及工业生产尾气中的二氧化碳固定是解决温室效应和实现碳中和有效途径。
金属-二氧化碳电池以金属(锂，钠，钾，镁等)为负极，以二氧化碳气体为正极，采用隔膜将正负极分隔。电池放电时，正极二氧化碳还原为碳及碳酸根离子，负极金属氧化为金属离子并迁移到正极与碳酸根离子结合形成碳酸盐。在众多的的金属-二氧化碳电池中，钠-二氧化碳由于其理论能量密度高(1.13kWh kg-1)、循环性能好(碳酸钠和碳的稳定性好)、储量丰富(地壳种金属钠的含量高达2.3％-2.8％)受到了广泛的关注。钠-二氧化碳电池工作时发生如下反应：
Figure BDA0003222364100000011
其工作时既能产生电能，又能将二氧化碳固定，为减缓温室效应和实现碳中和具有重要意义。
发明内容
本发明针对现有的废气中二氧化碳污染问题，提出一种效率高、成本低、操作简单、对环境友好、可大规模应用的基于钠-二氧化碳电池固定废气中二氧化碳的方法。
本发明提供一种基于钠-二氧化碳电池固定废气中二氧化碳的方法，所述基于钠-二氧化碳电池固定废气中二氧化碳的方法包括如下步骤：
提供钠-二氧化碳电池，所述钠-二氧化碳电池包括正极、固体电解质、负极，所述固体电解质位于所述正极和所述负极之间，所述正极为可拆卸结构；
将所述钠-二氧化碳电池放置在废气通道或废气出口处进行工作，当具有二氧化碳的废气经过所述正极时，所述钠-二氧化碳电池进行工作，所述正极上产生包括碳酸钠和碳的产物，当所述产物堆积到预设体积或重量时，将具有所述产物的所述正极拆卸下来，将所述正极上的所述产物中的碳酸钠和碳进行分离回收得到回收处理后的所述正极；当所述负极耗尽或消耗至一定程度时，提供新的负极；
将所述新的负极、回收处理后的所述正极和所述固体电解质重新组装为新的钠-二氧化碳电池，再将所述新的钠-二氧化碳电池安装于所述废气通道、所述废气出口处、另一个废气通道或另一个废气出口处进行二氧化碳的固定。
所述钠-二氧化碳电池工作时，电池正极发生反应如下：
Figure BDA0003222364100000021
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Figure BDA0003222364100000022
Eθ＝2.35V；当电流为1A、放电时间为24h时，电池放电时所固定的二氧化碳可以由公式Q＝It和n＝Q/zF计算得到，产生的电能由公式W＝UIt计算得到。经计算，一个钠-二氧化碳电池一天可固定的二氧化碳的量为0.66mol，可以产生的电能为5.64×10-2kW·h。其中Q为转移电荷数，I为电流，t为时间，n为物质的量，z为转移电子数，F为法拉第常数。
相较于现有技术，本发明实施例的基于钠-二氧化碳电池固定废气中二氧化碳的方法中，将钠-二氧化碳电池正极设计为可拆卸结构，同时，将所述钠-二氧化碳电池放置在废气通道或废气出口处进行工作，当具有二氧化碳的废气经过所述正极时，钠-二氧化碳电池进行工作，工作时产生的电能可以作为企业用电以降低成本。当电池工作时产生的产物堆积到预设体积或重量时，将具有所述产物的所述正极拆卸下来，将所述正极上的所述产物中的碳酸钠和碳进行分离回收得到回收处理后的正极，回收的碳酸钠和碳可以作为经济产物降低成本，回收处理后的正极可以循环利用；当负极耗尽或消耗至一定程度时，提供新的负极；将所述新的负极、回收处理后的所述正极和所述固体电解质重新组装为新的钠-二氧化碳电池进行二氧化碳的固定，该方法固定二氧化碳成本低，操作简单，对环境友好。
在其中的一个实施例中，所述正极包括正极电解液和催化层，所述正极电解液为包括CH3COONa、NaOH、NaCl、NaClO4、NaFSI、Na2SO4至少一种的钠盐溶液，所述催化层包括碳纸及负载于所述碳纸上的催化剂。所述钠盐溶液来源广泛，价格低廉；具体地，采用在碳纸及负载于所述碳纸上的催化剂作为正极结构简单易生产，且结构稳定，有利于提升所述二氧化碳电池的稳定性。
在其中的一个实施例中，所述催化剂为纳米金、铂碳、钌碳中的一种，其中，所述铂碳中铂的质量分数为10～50％，所述钌碳中钌的质量分数为5～40％。具体地，所述催化剂为纳米金、铂碳、钌碳中的一种，易于获得，便于工业生产上的应用。
在其中的一个实施例中，所述固体电解质为NASICON(Na3Zr2Si2PO12)结构快离子导体或β-Al2O3快离子导体。通过使用NASICON(Na3Zr2Si2PO12)结构快离子导体或β-Al2O3快离子导体可以提高对钠离子的传导，有助于加快电池的反应速度。
在一些实施例中，所述负极包括金属负极和负极电解液，所述金属负极包括金属钠；所述负极电解液为有机电解液，所述有机电解液包括酯类电解液或醚类电解液，其中，所述酯类电解液成分包括(0.1～1)mol/L NaClO4/[(EC+DMC)(1:1)+l vol％FEC]，所述醚类电解液成分包括(0.1～1)mol/L NaClO4/[(TEGDME+DME)(1:1)]；所述有机电解液中水份比例不大于6ppm。
在其中的一个实施例中，将所述新的负极、回收处理后的所述正极和所述固体电解质重新组装为新的钠-二氧化碳电池的步骤中，所述负极的组装在含水小于0.1ppm和含氧小于0.1ppm的氩气手套箱中操作。
在其中的一个实施例中，所述负极为联苯钠溶液，所述联苯钠溶液为联苯和金属钠溶解在乙二醇二甲醚溶液中形成。所述联苯钠溶液代替金属钠和有机电解液有助于提高电池的电化学性能和安全性能，避免电池在短路时发生燃烧或爆炸的可能。
在其中的一个实施例中，所述废气包括汽车尾气或工业尾气，所述工业尾气包括电解铝尾气、高炉尾气、转炉尾气或火力发电厂尾气。
在其中的一个实施例中，使用预设液体对所述正极产物碳酸钠和碳的进行分离回收，分离回收的碳酸钠和碳可以作为经济产物降低成本，以提高企业的成本效益。
在其中的一个实施例中，所述预设液体为水；所述水为去离子水或蒸馏水。去离子水或蒸馏水的来源广泛，适合企业的大规模应用。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一种实施例提供的基于钠-二氧化碳电池固定废气中二氧化碳的方法使用的钠-二氧化碳电池的结构示意图；
图2是本发明一种实施例提供的基于钠-二氧化碳电池固定废气中二氧化碳的方法的流程图；
图3是本发明第一种实施例提供的基于钠-二氧化碳电池固定废气中二氧化碳的方法的电池放电曲线图；
图4是本发明第一种实施例提供的基于钠-二氧化碳电池固定废气中二氧化碳的方法的电池放电产物拉曼表征图；
图5是本发明第二种实施例提供的基于钠-二氧化碳电池固定废气中二氧化碳的方法的电池放电曲线图；
图6是本发明第三种实施例提供的基于钠-二氧化碳电池固定废气中二氧化碳的方法的电池放电曲线图；
图7是本发明第四种实施例提供的基于钠-二氧化碳电池固定废气中二氧化碳的方法的电池充电曲线图及充电产物质谱表征图；
图8是本发明第五种实施例提供的基于钠-二氧化碳电池固定废气中二氧化碳的方法的电池放电曲线图；
图9是本发明第六种实施例提供的基于钠-二氧化碳电池固定废气中二氧化碳的方法的电池放电曲线图；
图10是本发明第七种实施例提供的基于钠-二氧化碳电池固定废气中二氧化碳的方法的电池放电曲线图；
图11是本发明第八种实施例提供的基于钠-二氧化碳电池固定废气中二氧化碳的方法的电池放电曲线图；
图12是本发明第九种实施例提供的基于钠-二氧化碳电池固定废气中二氧化碳的方法的电池放电曲线图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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实施例，都属于本申请保护的范围。
具体地，如图1所示，图1是本发明实施例提供一种基于钠-二氧化碳电池固定废气中二氧化碳的方法使用的钠-二氧化碳电池A的结构示意图，所述钠-二氧化碳电池A可以包括负极A1、正极A3、位于负极A1与正极A3之间的隔膜A2，所述负极A1包括金属负极A11与有机电解液A12，所述正极A3包括正极电解液A31与催化层A32。
所述金属负极A11包括金属钠；所述负极电解液为有机电解液，所述有机电解液A12包括酯类电解液或醚类电解液，其中，所述酯类电解液成分包括(0.1～1)mol/LNaClO4/[(EC+DMC)(1:1)+l vol％FEC]，所述醚类电解液成分包括(0.1～1)mol/L NaClO4/[(TEGDME+DME)(1:1)]，无论为何种有机电解液，所述有机电解液A12中水份比例不大于6ppm。
在一些实施例中，所述金属负极A11和所述有机电解液A12可以被液态阳极所代替，所述液态阳极为5M的联苯钠溶液，所述联苯钠溶液为联苯与金属钠溶解在乙二醇二甲醚溶液中形成，采用液态阳极代替金属负极有助于提高电池电化学性能及安全性能。在一些实施例中，所述负极A1包括联苯钠溶液，所述联苯钠溶液为联苯和金属钠溶解在乙二醇二甲醚溶液中形成。所述联苯钠溶液代替金属钠和有机电解液有助于提高电池的安全性能，避免电池在短路时发生燃烧或爆炸的可能。
所述隔膜A2包括固体电解质，所述固体电解质包括Na3Zr2Si2PO12的NASICON结构快离子导体和β-Al2O3快离子导体。通过使用NASICON(Na3Zr2Si2PO12)结构快离子导体或β-Al2O3快离子导体可以提高对钠离子的传导，有助于加快电池的反应速度。
所述正极电解液为包括CH3COONa、NaOH、NaCl、NaClO4、NaFSI、Na2SO4至少一种的钠盐溶液，所述催化层包括碳纸及负载于所述碳纸上的催化剂。所述钠盐溶液来源广泛，价格低廉；具体地，采用在碳纸及负载于所述碳纸上的催化剂作为正极结构简单易生产，且结构稳定，有利于提升所述二氧化碳电池的稳定性。所述催化剂为纳米金、铂碳、钌碳中的一种，其中，所述铂碳中铂的质量分数为10～50％，所述钌碳中钌的质量分数为5～40％。具体地，所述催化剂为纳米金、铂碳、钌碳中的一种，易于获得，便于工业生产上的应用。
具体地，如图2所示，所述基于钠-二氧化碳电池固定废气中二氧化碳的方法包括如下步骤：
提供钠-二氧化碳电池，所述钠-二氧化碳电池包括正极、固体电解质、负极，所述固体电解质位于所述正极和所述负极之间，所述正极为可拆卸结构；
将所述钠-二氧化碳电池放置在废气通道或废气出口处进行工作，当具有二氧化碳的废气经过所述正极时，所述钠-二氧化碳电池进行工作，所述正极上产生包括碳酸钠和碳的产物，当所述产物堆积到预设体积或重量时，将具有所述产物的所述正极拆卸下来，将所述正极上的所述产物中的碳酸钠和碳进行分离回收得到回收处理后的所述正极；当所述负极耗尽或消耗至一定程度时，提供新的负极；
将所述新的负极、回收处理后的所述正极和所述固体电解质重新组装为新的钠-二氧化碳电池，再将所述新的钠-二氧化碳电池安装于所述废气通道、所述废气出口处、另一个废气通道或另一个废气出口处进行二氧化碳的固定。
可以理解，所述钠-二氧化碳电池工作时，电池正极发生反应如下：
Figure BDA0003222364100000061
Figure BDA0003222364100000062
Eθ＝2.35V；当电流为1A、放电时间为24h时，电池放电时所固定的二氧化碳可以由公式Q＝It和n＝Q/zF计算得到，产生的电能由公式W＝UIt计算得到。经计算，一个钠-二氧化碳电池一天可固定的二氧化碳的量为0.66mol，可以产生的电能为5.64×10-2kW·h。其中Q为转移电荷数，I为电流，t为时间，n为物质的量，z为转移电子数，F为法拉第常数。
相较于现有技术，本发明实施例的基于钠-二氧化碳电池固定废气中二氧化碳的方法中，将钠-二氧化碳电池正极设计为可拆卸结构，同时，将所述钠-二氧化碳电池放置在废气通道或废气出口处进行工作，当具有二氧化碳的废气经过所述正极时，钠-二氧化碳电池进行工作，工作时产生的电能可以作为企业用电以降低成本。当电池工作时产生的产物堆积到预设体积或重量时，将具有所述产物的所述正极拆卸下来，将所述正极上的所述产物中的碳酸钠和碳进行分离回收得到回收处理后的正极，回收的碳酸钠和碳可以作为经济产物降低成本，回收处理后的正极可以循环利用；当负极耗尽或消耗至一定程度时，提供新的负极；将所述新的负极、回收处理后的所述正极和所述固体电解质重新组装为新的钠-二氧化碳电池进行二氧化碳的固定，该方法固定二氧化碳成本低，操作简单，对环境友好。
在其中的一个实施例中，将所述新的负极、回收处理后的所述正极和所述固体电解质重新组装为新的钠-二氧化碳电池的步骤中，耗尽或消耗至一定程度的所述负极的组装在含水小于0.1ppm和含氧小于0.1ppm的氩气手套箱中操作。可以理解，负极耗尽是负极金属钠耗尽，
在其中的一个实施例中，所述废气包括汽车尾气或工业尾气，所述工业尾气包括电解铝尾气、高炉尾气、转炉尾气或火力发电厂尾气。
在其中的一个实施例中，使用预设液体对所述正极产物碳酸钠和碳的进行分离回收，分离回收的碳酸钠和碳可以作为经济产物降低成本，以提高企业的成本效益。所述预设液体为水，具体可以为去离子水或蒸馏水。去离子水或蒸馏水的来源广泛，适合企业的大规模应用。
以下结合实施例一至九对本发明进行详细说明。
实施例一：
如图3、图4所示，图3是本发明第一种实施例提供的基于钠-二氧化碳电池固定废气中二氧化碳的方法的电池放电曲线图；图4是图3所示的基于钠-二氧化碳电池固定废气中二氧化碳的方法的电池放电产物拉曼表征图；本实施例中，所述固体电解质为NASICON(Na3Zr2Si2PO12)结构快离子导体。其中，所述钠-二氧化碳电池中NASICON固体电解质厚度为1mm，直径为16mm，所述负极为5M的联苯钠溶液。
本实施例以饱和氯化钠溶液为所述正极电解液，在恒温30℃条件下对所述钠-二氧化碳电池进行恒电流放电，其中电流密度为0.1mA/cm2。所述钠-二氧化碳电池的放电如图3所示，电池的放电平台为2.1V。电池放电时所固定的二氧化碳可以由公式Q＝It和n＝Q/zF计算得到，其中Q为转移电荷数，I为电流，t为时间，n为物质的量，z为转移电子数，F为法拉第常数。电池工作600分钟可以固定二氧化碳的量为n＝7.3×10-5mol。放电600分钟产生的电能为1.65×10-3kW·h。
本实施例中，所述钠-二氧化碳电池的放电产物如图4所示，在685cm-1和1046cm-1处出现产物碳酸钠的特征峰，在1270cm-1处出现产物碳的特征峰，而在1350cm-1处的D峰和1580cm-1处的G峰为碳纸的特征峰。拉曼表征出现的特征峰证明钠-二氧化碳电池的放电产物为碳酸钠和碳。
实施例二：
如图5所示，图5是本发明第二种实施例提供的基于钠-二氧化碳电池固定废气中二氧化碳的方法的电池放电曲线图；本实施例中，所述固体电解质为NASICON(Na3Zr2Si2PO12)结构快离子导体。其中，所述钠-二氧化碳电池中NASICON固体电解质厚度为1.2mm，直径为16mm，所述负极为5M的联苯钠溶液。
本实施例以饱和氯化钠溶液为所述正极电解液，在恒温30℃条件下对所述钠-二氧化碳电池进行恒电流放电，其中电流密度为0.2mA/cm2。所述钠-二氧化碳电池的放电如图5所示，电池的放电平台为2V。电池放电时所固定的二氧化碳可以由公式Q＝It和n＝Q/zF计算得到，其中Q为转移电荷数，I为电流，t为时间，n为物质的量，z为转移电子数，F为法拉第常数。电池工作600分钟可以固定二氧化碳的量为n＝1.4×10-5mol。放电600分钟产生的电能为3.14×10-3kW·h。
实施例三：
如图6所示，图6是本发明第三种实施例提供的基于钠-二氧化碳电池固定废气中二氧化碳的方法的电池放电曲线图；本实施例中，所述固体电解质为NASICON(Na3Zr2Si2PO12)结构快离子导体。其中，所述钠-二氧化碳电池中NASICON固体电解质厚度为0.8mm，直径为16mm，所述负极为5M的联苯钠溶液。
本实施例以饱和氯化钠溶液为所述正极电解液，在恒温30℃条件下对所述钠-二氧化碳电池进行恒电流放电，其中电流密度为0.5mA/cm2。所述钠-二氧化碳电池的放电如图6所示，电池的放电平台为1.8V。电池放电时所固定的二氧化碳可以由公式Q＝It和n＝Q/zF计算得到，其中Q为转移电荷数，I为电流，t为时间，n为物质的量，z为转移电子数，F为法拉第常数。电池工作600分钟可以固定二氧化碳的量为n＝3.6×10-5mol。放电600分钟产生的电能为7.14×10-3kW·h。
实施例四：
如图7所示，图7是本发明第四种实施例提供的基于钠-二氧化碳电池固定废气中二氧化碳的方法的电池充电曲线图及充电产物质谱表征图；本实施例中，所述固体电解质为NASICON(Na3Zr2Si2PO12)结构快离子导体。其中，所述钠-二氧化碳电池中NASICON固体电解质厚度为1mm，直径为16mm，所述负极为5M的联苯钠溶液。
本实施例以饱和氯化钠溶液为所述正极电解液，在恒温30℃条件下对所述钠-二氧化碳电池进行恒电流充电，其中电流密度为0.5mA/cm2。所述钠-二氧化碳电池的充电曲线及产物二氧化碳的质谱图如图7所示，当电池进行充电时二氧化碳的含量随着充电时间的增加而提高，证明电池的充电产物为二氧化碳气体。
实施例五：
如图8所示，图8是本发明第五种实施例提供的基于钠-二氧化碳电池固定废气中二氧化碳的方法的电池放电曲线图；本实施例中，所述固体电解质为NASICON(Na3Zr2Si2PO12)结构快离子导体。其中，所述钠-二氧化碳电池中NASICON固体电解质厚度为0.8mm，直径为16mm，所述负极为5M的联苯钠溶液。
本实施例以饱和氯化钠溶液为所述正极电解液，在恒温30℃条件下对所述钠-二氧化碳电池进行恒电流放电，其中电流密度为1mA/cm2。所述钠-二氧化碳电池的放电如图8所示，电池的放电平台为1.7V。电池放电时所固定的二氧化碳可以由公式Q＝It和n＝Q/zF计算得到，其中Q为转移电荷数，I为电流，t为时间，n为物质的量，z为转移电子数，F为法拉第常数。电池工作180分钟可以固定二氧化碳的量为n＝2.2×10-5mol。放电180分钟产生的电能为4×10-3kW·h。
实施例六：
如图9所示，图9是本发明第六种实施例提供的基于钠-二氧化碳电池固定废气中二氧化碳的方法的电池放电曲线图；本实施例中，所述固体电解质为NASICON(Na3Zr2Si2PO12)结构快离子导体。其中，所述钠-二氧化碳电池中NASICON固体电解质厚度为1mm，直径为16mm，所述负极为5M的联苯钠溶液。
本实施例以饱和氯化钠溶液为所述正极电解液，在恒温30℃条件下对所述钠-二氧化碳电池进行恒电流放电，其中电流密度为2mA/cm2。所述钠-二氧化碳电池的放电如图9所示，电池的放电平台为1.6V。电池放电时所固定的二氧化碳可以由公式Q＝It和n＝Q/zF计算得到，其中Q为转移电荷数，I为电流，t为时间，n为物质的量，z为转移电子数，F为法拉第常数。电池工作120分钟可以固定二氧化碳的量为n＝2.9×10-5mol。放电120分钟产生的电能为5.02×10-3kW·h。
实施例七：
如图10所示，图10是本发明第七种实施例提供的基于钠-二氧化碳电池固定废气中二氧化碳的方法的电池放电曲线图；本实施例中，所述固体电解质为NASICON(Na3Zr2Si2PO12)结构快离子导体。其中，所述钠-二氧化碳电池中NASICON固体电解质厚度为1.2mm，直径为16mm，所述负极为金属钠和有机电解液组成，所述有机电解液为1mol/LNaClO4/[(EC+DMC)(1:1)+l vol％FEC]。
本实施例以饱和氯化钠溶液为所述正极电解液，在恒温30℃条件下对所述钠-二氧化碳电池进行恒电流放电，其中电流密度为0.1mA/cm2。所述钠-二氧化碳电池的放电如图10所示，电池的放电平台为2.1V。电池放电时所固定的二氧化碳可以由公式Q＝It和n＝Q/zF计算得到，其中Q为转移电荷数，I为电流，t为时间，n为物质的量，z为转移电子数，F为法拉第常数。电池工作360分钟可以固定二氧化碳的量为n＝4.4×10-6mol。放电360分钟产生的电能为9.90×10-4kW·h。
实施例八：
如图11所示，图11是本发明第八种实施例提供的基于钠-二氧化碳电池固定废气中二氧化碳的方法的电池放电曲线图；本实施例中，所述固体电解质为NASICON(Na3Zr2Si2PO12)结构快离子导体。其中，所述钠-二氧化碳电池中NASICON固体电解质厚度为1mm，直径为16mm，所述负极为金属钠和有机电解液组成，所述有机电解液为1mol/LNaClO4/[(EC+DMC)(1:1)+l vol％FEC]。
本实施例以饱和氯化钠溶液为所述正极电解液，在恒温30℃条件下对所述钠-二氧化碳电池进行恒电流放电，其中电流密度为0.2mA/cm2。所述钠-二氧化碳电池的放电如图11所示，电池的放电平台为1.9V。电池放电时所固定的二氧化碳可以由公式Q＝It和n＝Q/zF计算得到，其中Q为转移电荷数，I为电流，t为时间，n为物质的量，z为转移电子数，F为法拉第常数。电池工作360分钟可以固定二氧化碳的量为n＝8.8×10-6mol。放电360分钟产生的电能为1.79×10-3kW·h。
实施例九：
如图12所示，图12是本发明第六种实施例提供的基于钠-二氧化碳电池固定废气中二氧化碳的方法的电池放电曲线图；本实施例中，所述固体电解质为NASICON(Na3Zr2Si2PO12)结构快离子导体。其中，所述钠-二氧化碳电池中NASICON固体电解质厚度为0.8mm，直径为16mm，所述负极为金属钠和有机电解液组成，所述有机电解液为1mol/LNaClO4/[(EC+DMC)(1:1)+l vol％FEC]。
本实施例以饱和氯化钠溶液为所述正极电解液，在恒温30℃条件下对所述钠-二氧化碳电池进行恒电流放电，其中电流密度为0.5mA/cm2。所述钠-二氧化碳电池的放电如图12所示，电池的放电平台为1.8V。电池放电时所固定的二氧化碳可以由公式Q＝It和n＝Q/zF计算得到，其中Q为转移电荷数，I为电流，t为时间，n为物质的量，z为转移电子数，F为法拉第常数。电池工作200分钟可以固定二氧化碳的量为n＝1.2×10-5mol。放电200分钟产生的电能为2.35×10-3kW·h。
以上对本申请实施例公开的实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的实施例及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (10)

1.一种基于钠-二氧化碳电池固定废气中二氧化碳的方法，其特征在于：所述基于钠-二氧化碳电池固定废气中二氧化碳的方法包括以下步骤：
提供钠-二氧化碳电池，所述钠-二氧化碳电池包括正极、固体电解质、负极，所述固体电解质位于所述正极和所述负极之间，所述正极为可拆卸结构；
将所述钠-二氧化碳电池放置在废气通道或废气出口处进行工作，当具有二氧化碳的废气经过所述正极时，所述钠-二氧化碳电池进行工作，所述正极上产生包括碳酸钠和碳的产物，当所述产物堆积到预设体积或重量时，将具有所述产物的所述正极拆卸下来，将所述正极上的所述产物中的碳酸钠和碳进行分离回收得到回收处理后的所述正极；当所述负极耗尽或消耗至一定程度时，提供新的负极；
将所述新的负极、回收处理后的所述正极和所述固体电解质重新组装为新的钠-二氧化碳电池，再将所述新的钠-二氧化碳电池安装于所述废气通道、所述废气出口处、另一个废气通道或另一个废气出口处进行二氧化碳的固定。
2.根据权利要求1所述的基于钠-二氧化碳电池固定废气中二氧化碳的方法，其特征在于，所述正极包括正极电解液和催化层，所述正极电解液为包括CH3COONa、NaOH、NaCl、NaClO4、NaFSI、Na2SO4至少一种的钠盐溶液，所述催化层包括碳纸及负载于所述碳纸上的催化剂。
3.根据权利要求2所述的基于钠-二氧化碳电池固定废气中二氧化碳的方法，其特征在于，所述催化剂为纳米金、铂碳、钌碳中的一种，其中，所述铂碳中铂的质量分数为10～50％，所述钌碳中钌的质量分数为5～40％。
4.根据权利要求1所述的基于钠-二氧化碳电池固定废气中二氧化碳的方法，其特征在于，所述固体电解质为Na3Zr2Si2PO12的NASICON结构快离子导体和β-Al2O3快离子导体中的一种。
5.根据权利要求1所述的基于钠-二氧化碳电池固定废气中二氧化碳的方法，其特征在于，所述负极包括金属负极和负极电解液，所述金属负极为金属钠；所述负极电解液为有机电解液，所述有机电解液包括酯类电解液或醚类电解液，所述酯类电解液成分包括(0.1～1)mol/L NaClO4/[(EC+DMC)(1:1)+lvol％FEC]，所述醚类电解液成分包括(0.1～1)mol/LNaClO4/[(TEGDME+DME)(1:1)]；所述有机电解液中水份比例不大于6ppm。
6.根据权利要求1所述的基于钠-二氧化碳电池固定废气中二氧化碳的方法，其特征在于，将所述新的负极、回收处理后的所述正极和所述固体电解质重新组装为新的钠-二氧化碳电池的步骤中，所述负极的组装在含水小于0.1ppm和含氧小于0.1ppm的氩气手套箱中操作。
7.根据权利要求1所述的基于钠-二氧化碳电池固定废气中二氧化碳的方法，其特征在于，所述负极为联苯钠溶液，所述联苯钠溶液为联苯和金属钠溶解在乙二醇二甲醚溶液中形成。
8.根据权利要求1所述的基于钠-二氧化碳电池固定废气中二氧化碳的方法，其特征在于，所述废气包括汽车尾气或工业尾气，所述工业尾气包括电解铝尾气、高炉尾气、转炉尾气或火力发电厂尾气。
9.根据权利要求1所述的基于钠-二氧化碳电池固定废气中二氧化碳的方法，其特征在于，所述将所述正极上的所述产物中的碳酸钠和碳进行分离回收的步骤包括：使用预设液体对将具有所述产物的所述正极进行清洗以去除所述正极上的所述碳酸钠和碳。
10.根据权利要求9所述的基于钠-二氧化碳电池固定废气中二氧化碳的方法，其特征在于，所述预设液体为水；所述水为去离子水或蒸馏水。
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