CN116581345B - 一种无膜镁-次氯酸钠海水/氯化钠溶液电池 - Google Patents

一种无膜镁-次氯酸钠海水/氯化钠溶液电池 Download PDF

Info

Publication number
CN116581345B
CN116581345B CN202310601115.5A CN202310601115A CN116581345B CN 116581345 B CN116581345 B CN 116581345B CN 202310601115 A CN202310601115 A CN 202310601115A CN 116581345 B CN116581345 B CN 116581345B
Authority
CN
China
Prior art keywords
seawater
nacl
battery
electrolyte
magnesium
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
CN202310601115.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN116581345A (zh
Inventor
孙丽美
张捷剑
张瑶
徐艳
宋明
庄文昌
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.)
Xuzhou University of Technology
Original Assignee
Xuzhou University 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 Xuzhou University of Technology filed Critical Xuzhou University of Technology
Priority to CN202310601115.5A priority Critical patent/CN116581345B/zh
Publication of CN116581345A publication Critical patent/CN116581345A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN116581345B publication Critical patent/CN116581345B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/08Fuel cells with aqueous electrolytes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/86Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/90Selection of catalytic material
    • H01M4/9041Metals or alloys
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Abstract

一种无膜镁‑次氯酸钠海水/氯化钠溶液电池,它涉及一种电池。本发明的目的是解决现有海水中的氧含量限制了金属/溶解氧电池的能量密度和现有金属/过氧化氢海水电池中需要添加酸或碱,导致电池安全性差和电池部件损伤的问题。一种无膜镁‑次氯酸钠海水/氯化钠溶液电池,由阳极、阴极、电解液、电解液计量泵和电池壳组成。本发明采用次氯酸钠为氧化剂,氯化钠溶液或海水为电解液,金属镁或镁合金为阳极,采用了无膜结构,获得了可应用型水下动力电源;本发明避免了酸或碱作为阴极电解液,绿色安全,避免了酸碱对电池部件的腐蚀,无膜结构简化了电池系统的复杂性,增加了电池系统的安全性。

Description

一种无膜镁-次氯酸钠海水/氯化钠溶液电池
技术领域
本发明涉及一种电池。
背景技术
以海水做电解质的金属(如镁或铝)海水电池,利用海水中自然存在的氧化剂-水或溶解氧(前者称为金属/水海水电池,后者称为镁/溶解氧海水电池或者人工向海水中添加过氧化氢做氧化剂,构成镁或铝/过氧化氢(Mg/Al-H2O2)海水电池。
海水中的氧含量限制了金属/溶解氧电池的能量密度,金属/过氧化氢海水电池,根据阳极的不同,所使用的电解液也不同,铝阳极通常使用碱性电解液,而虽然镁金属阳极电解液可以使用中性电解液,但过氧化氢电还原需要在酸性电解液中进行。
发明内容
本发明的目的是解决现有海水中的氧含量限制了金属/溶解氧电池的能量密度和现有金属/过氧化氢海水电池中需要添加酸或碱,导致电池安全性差和电池部件损伤的问题,而提供一种无膜镁-次氯酸钠海水/氯化钠溶液电池。
一种无膜镁-次氯酸钠海水/氯化钠溶液电池,由阳极、阴极、电解液、电解液计量泵和电池壳组成;
所述的阳极和阴极设置在电池壳内部,电解液通过与电池壳连通的进液管进入到电池壳内部,阳极和阴极浸没在电解质中;
所述的进液管上设有电解液计量泵;
所述的电解液为NaCl溶液与NaClO的混合液或海水与NaClO的混合液;
所述的阳极为金属镁或镁合金;
所述的阴极为碳纸负载贵金属。
本发明的优点:
一、本发明采用次氯酸钠为氧化剂,氯化钠溶液或海水为电解液,金属镁或镁合金为阳极,采用了无膜结构,获得了可应用型水下动力电源。本发明避免了酸或碱作为阴极电解液,绿色安全,避免了酸碱对电池部件的腐蚀,简化了水下金属燃料电池的结构,降低组装复杂性,增加了电池系统的安全性;
二、本发明制备的一种无膜镁-次氯酸钠海水/氯化钠溶液电池的峰能量密度可达70mW cm-2
本发明可获得一种无膜镁-次氯酸钠海水/氯化钠溶液电池。
附图说明
图1为实施例1中Au/碳纸电极在不同电解液中的循环伏安曲线图,图中曲线1的电解液为NaCl溶液,曲线2的电解液为NaCl溶液与H2O2的混合液,曲线3的电解液为NaCl溶液与NaClO的混合液;
图2为对比实施例1制备的Pd/碳纸电极在不同电解液中的循环伏安曲线图,图中曲线1的电解液为NaCl溶液,曲线2的电解液为NaCl溶液与H2O2的混合液,曲线3的电解液为NaCl溶液与NaClO的混合液;
图3为实施例2中Au/碳纸电极在海水或海水与NaClO的混合液中的循环伏安曲线图,图中曲线1的电解液为海水,曲线2的电解液为海水与NaClO的混合液;
图4为对比实施例2中Pd/碳纸电极在海水或海水与NaClO的混合液中的循环伏安曲线图,图中曲线1的电解液为海水,曲线2的电解液为海水与NaClO的混合液;
图5为实施例3中以Au/碳纸电极为阴极制备的无膜镁/次氯酸钠海水电池在海水与NaClO的混合液中的放电曲线;
图6为对比实施例3中以Pd/碳纸电极为阴极制备的无膜镁/次氯酸钠海水电池在海水与NaClO的混合液中的放电曲线;
图7为实施例4中以Au/碳纸电极为阴极制备的无膜镁/次氯酸钠氯化钠溶液电池在NaCl溶液或NaOH溶液中的放电曲线;
图8为对比实施例4中以Pd/碳纸电极为阴极制备的无膜镁/次氯酸钠氯化钠溶液电池在NaCl溶液或NaOH溶液中的放电曲线;
图9为实施例5中以Pd/碳纸电极为阴极制备的无膜镁/次氯酸钠氯化钠溶液电池在不同浓度NaClO和NaCl混合液中的放电曲线;
图10为本发明中一种无膜镁-次氯酸钠海水/氯化钠溶液电池的结构示意图,图中1为阳极,2为阴极,3为电池壳,4为进液管,5为电池使用时连接的用电器。
具体实施方式
具体实施方式一:本实施方式一种无膜镁-次氯酸钠海水/氯化钠溶液电池,由阳极、阴极、电解液、电解液计量泵和电池壳组成;
所述的阳极和阴极设置在电池壳内部,电解液通过与电池壳连通的进液管进入到电池壳内部,阳极和阴极浸没在电解质中;
所述的进液管上设有电解液计量泵;
所述的电解液为NaCl溶液与NaClO的混合液或海水与NaClO的混合液;
所述的阳极为金属镁或镁合金;
所述的阴极为碳纸负载贵金属。
具体实施方式二:本实施方式与具体实施方式一不同点是:所述的NaCl溶液与NaClO的混合液中NaCl的浓度为0.08mol/L~0.12mol/L,NaClO的浓度为0.3mol/L~0.6mol/L。其它步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式三:本实施方式与具体实施方式一或二之一不同点是:所述的NaCl溶液与NaClO的混合液中NaCl的浓度为0.1mol/L,NaClO的浓度为0.57mol/L。其它步骤与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四:本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是:所述的镁合金为AZ61。其它步骤与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五:本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是:所述的海水与NaClO的混合液中NaClO的浓度为0.3mol/L~0.6mol/L。其它步骤与具体实施方式一至四相同。
具体实施方式六:本实施方式与具体实施方式一至五之一不同点是:所述的海水与NaClO的混合液中NaClO的浓度为0.57mol/L。其它步骤与具体实施方式一至五相同。
具体实施方式七:本实施方式与具体实施方式一至六之一不同点是:所述的无膜镁-次氯酸钠海水/氯化钠溶液电池的电压为1.5V~2.1V。其它步骤与具体实施方式一至六相同。
具体实施方式八:本实施方式与具体实施方式一至七之一不同点是:所述的电池壳的材质为塑料;所述的阳极在使用前需要进行预处理;所述的预处理的过程具体为:将金属镁或镁合金使用800目的砂纸将表面打磨至光亮,蒸馏水冲洗干净,自然干燥,得到阳极。其它步骤与具体实施方式一至七相同。
具体实施方式九:本实施方式与具体实施方式一至八之一不同点是:所述的碳纸负载贵金属为Au/碳纸电极、Pd/碳纸电极或Ag/碳纸电极。其它步骤与具体实施方式一至八相同。
具体实施方式十:本实施方式与具体实施方式一至九之一不同点是:所述的碳纸负载贵金属的制备方法具体是按以下步骤完成的:
一、碳纸的预处理:
将碳纸依次浸入到丙酮、蒸馏水、无水乙醇和蒸馏水中分别超声清洗,超声清洗的时间均为10min~20min,再浸入到5mL~10mL质量分数为30%的双氧化与5mL~10mL浓度为3mol/L的H2SO4溶液的混合液中,在150℃~200℃下水热6h~15h,取出后放入蒸馏水中备用,得到预处理的碳纸;
二、负载贵金属:
以预处理的碳纸为工作电极,以饱和甘汞电极为参比电极,以碳棒为对电极,以贵金属离子溶液为电解液,采用恒电位法,在-1V下沉积900s~3600s,蒸馏水清洗,40℃下鼓风干燥10min~30min,得到碳纸负载贵金属;
所述的电解液为氯金酸和NaCl的混合溶液、氯化钯和NaCl的混合溶液或硫酸银和氨水的混合溶液;
所述的氯金酸和NaCl的混合溶液为氯金酸和NaCl溶解到去离子水中得到,其中氯金酸的浓度为2mmol/L,NaCl的浓度为0.1mol/L;
所述的氯化钯和NaCl的混合溶液为氯化钯和NaCl溶解到去离子水中得到,其中氯化钯的浓度为2mmol/L,NaCl的浓度为0.1mol/L;
所述的硫酸银和氨水的混合溶液为硫酸银和氨水溶解到去离子水中得到,其中硫酸银的浓度为2mmol/L,所述的氨水的质量分数为25%~28%,氨水与去离子水的体积比为2:8。其它步骤与具体实施方式一至九相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果:
实施例1:测试阴极分别在NaCl溶液、NaCl溶液与H2O2的混合液和NaCl溶液与NaClO的混合液中的循环伏安曲线,见图1所示;所述的阴极为Au/碳纸电极;
所述的NaCl溶液的0.1mol/L;
所述的NaCl溶液与NaClO的混合液中NaCl的浓度为0.1mol/L,NaClO的浓度为0.33mol/L;
所述的NaCl溶液与H2O2的混合液中NaCl的浓度为0.1mol/L,H2O2的浓度为0.33mol/L;
所述的Au/碳纸电极的制备方法具体是按以下步骤完成的:
一、碳纸的预处理:
将碳纸剪裁成尺寸为1cm×1.5cm,依次将剪裁后的碳纸浸入到丙酮、蒸馏水、无水乙醇和蒸馏水中分别超声清洗,超声清洗的时间均为15min,再进入到5mL质量分数为30%的双氧化与5mL浓度为3mol/L的H2SO4溶液的混合液中,在180℃下水热12h,取出后放入蒸馏水中备用,得到预处理的碳纸;
二、负载贵金属:
以预处理的碳纸为工作电极,以饱和甘汞电极为参比电极,以碳棒为对电极,以贵金属离子溶液为电解液,采用恒电位法,在-1V下沉积1800s,再在40℃下鼓风干燥10min,得到Au/碳纸电极;
所述的电解液为氯金酸和NaCl的混合溶液;所述的氯金酸和NaCl的混合溶液为氯金酸和NaCl溶解到去离子水中得到,其中氯金酸的浓度为2mmol/L,NaCl的浓度为0.1mol/L。
图1为实施例1中Au/碳纸电极在不同电解液中的循环伏安曲线图,图中曲线1的电解液为NaCl溶液,曲线2的电解液为NaCl溶液与H2O2的混合液,曲线3的电解液为NaCl溶液与NaClO的混合液;
对比实施例1:本实施例与实施例1的区别为:所述的阴极为Pd/碳纸电极;所述的Pd/碳纸电极的制备方法具体是按以下步骤完成的:
一、碳纸的预处理:
将碳纸剪裁成尺寸为1cm×1.5cm,依次将剪裁后的碳纸浸入到丙酮、蒸馏水、无水乙醇和蒸馏水中分别超声清洗,超声清洗的时间均为15min,再进入到5mL质量分数为30%的双氧化与5mL浓度为3mol/L的H2SO4溶液的混合液中,在180℃下水热12h,取出后放入蒸馏水中备用,得到预处理的碳纸;
二、负载贵金属:
以预处理的碳纸为工作电极,以饱和甘汞电极为参比电极,以碳棒为对电极,以贵金属离子溶液为电解液,采用恒电位法,在-1V下沉积1800s,再在40℃下鼓风干燥10min,得到Pd/碳纸电极;
所述的电解液为氯化钯和NaCl的混合溶液;所述的氯化钯和NaCl的混合溶液为氯化钯和NaCl溶解到去离子水中得到,其中氯化钯的浓度为2mmol/L,NaCl的浓度为0.1mol/L。其它步骤及参数与实施例1均相同。
对比实施例1中阴极Pd/碳纸电极分别在NaCl溶液、NaCl溶液与H2O2的混合液和NaCl溶液与NaClO的混合液中的循环伏安曲线,见图2所示;
图2为对比实施例1制备的Pd/碳纸电极在不同电解液中的循环伏安曲线图,图中曲线1的电解液为NaCl溶液,曲线2的电解液为NaCl溶液与H2O2的混合液,曲线3的电解液为NaCl溶液与NaClO的混合液;
从图1和2可知,Au/碳纸和Pd/碳纸电极对NaClO在NaCl中性电解液中的电还原反应具有较好的电催化作用,然而,相同条件下,H2O2电还原性能较低,说明在中性电解液中,NaClO作为燃料电池氧化剂更可行。
实施例2:本实施例与实施例1的不同点是:测试阴极Au/碳纸电极分别在海水、海水与NaClO的混合液中的循环伏安曲线,见图3所示;
所述的海水与NaClO的混合液中NaClO的浓度为0.33mol/L。其它步骤及参数与实施例1均相同。
图3为实施例2中Au/碳纸电极在海水或海水与NaClO的混合液中的循环伏安曲线图,图中曲线1的电解液为海水,曲线2的电解液为海水与NaClO的混合液。
对比实施例2:本实施例与对比实施例1的不同点是:测试阴极Pd/碳纸电极分别在海水、海水与NaClO的混合液中的循环伏安曲线,见图4所示;
所述的海水与NaClO的混合液中NaClO的浓度为0.33mol/L。其它步骤及参数与实施例1均相同。
图4为对比实施例2中Pd/碳纸电极在海水或海水与NaClO的混合液中的循环伏安曲线图,图中曲线1的电解液为海水,曲线2的电解液为海水与NaClO的混合液;
从图3和图4可知,Au/碳纸和Pd/碳纸电极对NaClO在海水电解液中的电还原反应具有较好的电催化作用,说明NaClO可以作为以海水为电解质的镁燃料电池的氧化剂。
实施例3、一种无膜镁-次氯酸钠海水电池,由阳极、阴极、电解液、电解液计量泵和电池壳组成;
所述的阳极和阴极设置在电池壳内部,电解液通过与电池壳连通的进液管进入到电池壳内部,阳极和阴极浸没在电解质中;
所述的进液管上设有电解液计量泵;
所述的电解液为海水与NaClO的混合液,所述的海水与NaClO的混合液中NaClO的浓度为0.33mol/L;
所述的阳极为镁合金AZ61;
所述的阴极为Au/碳纸电极,制备方法具体是按以下步骤完成的:
一、碳纸的预处理:
将碳纸剪裁成尺寸为1cm×1.5cm,依次将剪裁后的碳纸浸入到丙酮、蒸馏水、无水乙醇和蒸馏水中分别超声清洗,超声清洗的时间均为15min,再进入到5mL质量分数为30%的双氧化与5mL浓度为3mol/L的H2SO4溶液的混合液中,在180℃下水热12h,取出后放入蒸馏水中备用,得到预处理的碳纸;
二、负载贵金属:
以预处理的碳纸为工作电极,以饱和甘汞电极为参比电极,以碳棒为对电极,以贵金属离子溶液为电解液,采用恒电位法,在-1V下沉积1800s,再在40℃下鼓风干燥10min,得到Au/碳纸电极;
所述的电解液为氯金酸和NaCl的混合溶液;所述的氯金酸和NaCl的混合溶液为氯金酸和NaCl溶解到去离子水中得到,其中氯金酸的浓度为2mmol/L,NaCl的浓度为0.1mol/L。
对比实施例3:本实施例与实施例3的区别为:所述的阴极为Pd/碳纸电极,制备方法具体是按以下步骤完成的:
一、碳纸的预处理:
将碳纸剪裁成尺寸为1cm×1.5cm,依次将剪裁后的碳纸浸入到丙酮、蒸馏水、无水乙醇和蒸馏水中分别超声清洗,超声清洗的时间均为15min,再进入到5mL质量分数为30%的双氧化与5mL浓度为3mol/L的H2SO4溶液的混合液中,在180℃下水热12h,取出后放入蒸馏水中备用,得到预处理的碳纸;
二、负载贵金属:
以预处理的碳纸为工作电极,以饱和甘汞电极为参比电极,以碳棒为对电极,以贵金属离子溶液为电解液,采用恒电位法,在-1V下沉积1800s,再在40℃下鼓风干燥10min,得到Pd/碳纸电极;
所述的电解液为氯化钯和NaCl的混合溶液;所述的氯化钯和NaCl的混合溶液为氯化钯和NaCl溶解到去离子水中得到,其中氯化钯的浓度为2mmol/L,NaCl的浓度为0.1mol/L。其它步骤及参数与实施例3均相同。
图5为实施例3中以Au/碳纸电极为阴极制备的无膜镁/次氯酸钠海水电池在海水与NaClO的混合液中的放电曲线;
图6为对比实施例3中以Pd/碳纸电极为阴极制备的无膜镁/次氯酸钠海水电池在海水与NaClO的混合液中的放电曲线;
从图5和图6可知,以镁合金为阳极,Au/碳纸和Pd/碳纸电极为阴极,次氯酸钠为氧化剂,海水为电解液,组装的Mg-NaClO海水电池放电性能,当放电电流为50mAcm-2,电池电压分别为0.88V(Au)和0.98V(Pd)时,电池的峰能量密度分别可达42.5mWcm-2和48mWcm-2
实施例4:一种无膜镁-次氯酸钠氯化钠溶液电池,由阳极、阴极、电解液、电解液计量泵和电池壳组成;
所述的阳极和阴极设置在电池壳内部,电解液通过与电池壳连通的进液管进入到电池壳内部,阳极和阴极浸没在电解质中;
所述的进液管上设有电解液计量泵;
所述的电解液为NaCl溶液或NaOH溶液;所述的NaCl溶液的浓度为0.1mol L-1;NaOH溶液的浓度为1mol L-1
所述的阳极为镁合金为AZ61;
所述的阴极为Au/碳纸电极;
所述的Au/碳纸电极的制备方法,具体是按以下步骤完成的:
一、碳纸的预处理:
将碳纸剪裁成尺寸为1cm×1.5cm,依次将剪裁后的碳纸浸入到丙酮、蒸馏水、无水乙醇和蒸馏水中分别超声清洗,超声清洗的时间均为15min,再进入到5mL质量分数为30%的双氧化与5mL浓度为3mol/L的H2SO4溶液的混合液中,在180℃下水热12h,取出后放入蒸馏水中备用,得到预处理的碳纸;
二、负载贵金属:
以预处理的碳纸为工作电极,以饱和甘汞电极为参比电极,以碳棒为对电极,以贵金属离子溶液为电解液,采用恒电位法,在-1V下沉积1800s,再在40℃下鼓风干燥10min,得到Au/碳纸电极;
所述的电解液为氯金酸和NaCl的混合溶液;所述的氯金酸和NaCl的混合溶液为氯金酸和NaCl溶解到去离子水中得到,其中氯金酸的浓度为2mmol/L,NaCl的浓度为0.1mol/L。
对比实施例4:本实施例与实施例4的区别为:所述的阴极为Pd/碳纸电极;所述的阴极为Pd/碳纸电极,制备方法具体是按以下步骤完成的:
一、碳纸的预处理:
将碳纸剪裁成尺寸为1cm×1.5cm,依次将剪裁后的碳纸浸入到丙酮、蒸馏水、无水乙醇和蒸馏水中分别超声清洗,超声清洗的时间均为15min,再进入到5mL质量分数为30%的双氧化与5mL浓度为3mol/L的H2SO4溶液的混合液中,在180℃下水热12h,取出后放入蒸馏水中备用,得到预处理的碳纸;
二、负载贵金属:
以预处理的碳纸为工作电极,以饱和甘汞电极为参比电极,以碳棒为对电极,以贵金属离子溶液为电解液,采用恒电位法,在-1V下沉积1800s,再在40℃下鼓风干燥10min,得到Pd/碳纸电极;所述的电解液为氯化钯和NaCl的混合溶液;所述的氯化钯和NaCl的混合溶液为氯化钯和NaCl溶解到去离子水中得到,其中氯化钯的浓度为2mmol/L,NaCl的浓度为0.1mol/L。其它步骤及参数与实施例4均相同。
图7为实施例4中以Au/碳纸电极为阴极制备的无膜镁/次氯酸钠氯化钠溶液电池在NaCl溶液或NaOH溶液中的放电曲线;
图8为对比实施例4中以Pd/碳纸电极为阴极制备的无膜镁/次氯酸钠氯化钠溶液电池在NaCl溶液或NaOH溶液中的放电曲线;
从图7和图8可知,以Mg合金为阳极,Au/碳纸或Pd/碳纸电极为阴极,NaClO溶液为氧化剂时,以0.1mol L-1的NaCl溶液为电解液的Mg-NaClO电池的能量密度均高于以1mol L-1的NaOH溶液为电解液的电池,说明中性电解质更适于以NaClO为氧化剂的Mg-NaClO电池。
实施例5:一种无膜镁-次氯酸钠氯化钠溶液电池,由阳极、阴极、电解液、电解液计量泵和电池壳组成;
所述的阳极和阴极设置在电池壳内部,电解液通过与电池壳连通的进液管进入到电池壳内部,阳极和阴极浸没在电解质中;
所述的进液管上设有电解液计量泵;
所述的电解液为NaClO浓度为0.33mol/L,NaCl的浓度为0.1mol/L的混合溶液、NaClO浓度为0.46mol/L,NaCl的浓度为0.1mol/L的混合溶液或NaClO浓度为0.57mol/L,NaCl的浓度为0.1mol/L的混合溶液;
所述的阳极为镁合金为AZ61;
所述的阴极为Pd/碳纸电极,制备方法具体是按以下步骤完成的:
一、碳纸的预处理:
将碳纸剪裁成尺寸为1cm×1.5cm,依次将剪裁后的碳纸浸入到丙酮、蒸馏水、无水乙醇和蒸馏水中分别超声清洗,超声清洗的时间均为15min,再进入到5mL质量分数为30%的双氧化与5mL浓度为3mol/L的H2SO4溶液的混合液中,在180℃下水热12h,取出后放入蒸馏水中备用,得到预处理的碳纸;
二、负载贵金属:
以预处理的碳纸为工作电极,以饱和甘汞电极为参比电极,以碳棒为对电极,以贵金属离子溶液为电解液,采用恒电位法,在-1V下沉积1800s,再在40℃下鼓风干燥10min,得到Pd/碳纸电极;所述的电解液为氯化钯和NaCl的混合溶液;所述的氯化钯和NaCl的混合溶液为氯化钯和NaCl溶解到去离子水中得到,其中氯化钯的浓度为2mmol/L,NaCl的浓度为0.1mol/L。
图9为实施例5中以Pd/碳纸电极为阴极制备的无膜镁/次氯酸钠氯化钠溶液电池在不同浓度NaClO和NaCl混合液中的放电曲线;
从图9可知,Mg-NaClO氯化钠溶液电池在0.1molL-1NaCl和不同浓度的NaClO混合溶液中的放电性能随着NaClO浓度的增加而提升,当NaClO浓度为0.57mol L-1时,电池的峰能量密度可达70mW cm-2

Claims (8)

1.一种无膜镁-次氯酸钠海水/氯化钠溶液电池,其特征在于该电池由阳极、阴极、电解液、进液管、电解液计量泵和电池壳组成;
所述的阳极和阴极设置在电池壳内部,电解液通过与电池壳连通的进液管进入到电池壳内部,阳极和阴极浸没在电解液中;
所述的进液管上设有电解液计量泵;
所述的电解液为NaCl溶液与NaClO的混合液或海水与NaClO的混合液;
所述的阳极为金属镁或镁合金;
所述的阴极为碳纸负载贵金属;
所述的碳纸负载贵金属为Au/碳纸电极、Pd/碳纸电极或Ag/碳纸电极;
所述的碳纸负载贵金属的制备方法具体是按以下步骤完成的:
一、碳纸的预处理:
将碳纸依次浸入到丙酮、蒸馏水、无水乙醇和蒸馏水中分别超声清洗,超声清洗的时间均为10min~20min,再浸入到5mL~10mL质量分数为30%的双氧化与5mL~10mL浓度为3mol/L的H2SO4溶液的混合液中,在150℃~200℃下水热6h~15h,取出后放入蒸馏水中备用,得到预处理的碳纸;
二、负载贵金属:
以预处理的碳纸为工作电极,以饱和甘汞电极为参比电极,以碳棒为对电极,以贵金属离子溶液为电解液,采用恒电位法,在-1V下沉积900s~3600s,蒸馏水清洗,40℃下鼓风干燥10min~30min,得到碳纸负载贵金属;
所述的电解液为氯金酸和NaCl的混合溶液、氯化钯和NaCl的混合溶液或硫酸银和氨水的混合溶液;
所述的氯金酸和NaCl的混合溶液为氯金酸和NaCl溶解到去离子水中得到,其中氯金酸的浓度为2mmol/L,NaCl的浓度为0.1mol/L;
所述的氯化钯和NaCl的混合溶液为氯化钯和NaCl溶解到去离子水中得到,其中氯化钯的浓度为2mmol/L,NaCl的浓度为0.1mol/L;
所述的硫酸银和氨水的混合溶液为硫酸银和氨水溶解到去离子水中得到,其中硫酸银的浓度为2mmol/L,所述的氨水的质量分数为25%~28%,氨水与去离子水的体积比为2:8。
2.根据权利要求1所述的一种无膜镁-次氯酸钠海水/氯化钠溶液电池,其特征在于所述的NaCl溶液与NaClO的混合液中NaCl的浓度为0.08mol/L~0.12mol/L,NaClO的浓度为0.3mol/L~0.6mol/L。
3.根据权利要求2所述的一种无膜镁-次氯酸钠海水/氯化钠溶液电池,其特征在于所述的NaCl溶液与NaClO的混合液中NaCl的浓度为0.1mol/L,NaClO的浓度为0.57mol/L。
4.根据权利要求1所述的一种无膜镁-次氯酸钠海水/氯化钠溶液电池,其特征在于所述的镁合金为AZ61。
5.根据权利要求1所述的一种无膜镁-次氯酸钠海水/氯化钠溶液电池,其特征在于所述的海水与NaClO的混合液中NaClO的浓度为0.3mol/L~0.6mol/L。
6.根据权利要求5所述的一种无膜镁-次氯酸钠海水/氯化钠溶液电池,其特征在于所述的海水与NaClO的混合液中NaClO的浓度为0.57mol/L。
7.根据权利要求1所述的一种无膜镁-次氯酸钠海水/氯化钠溶液电池,其特征在于所述的无膜镁-次氯酸钠海水/氯化钠溶液电池的电压为1.5V~2.1V。
8.根据权利要求1所述的一种无膜镁-次氯酸钠海水/氯化钠溶液电池,其特征在于所述的电池壳的材质为塑料;所述的阳极在使用前需要进行预处理;所述的预处理的过程具体为:将金属镁或镁合金使用800目的砂纸将表面打磨至光亮,蒸馏水冲洗干净,自然干燥,得到阳极。
CN202310601115.5A 2023-05-25 2023-05-25 一种无膜镁-次氯酸钠海水/氯化钠溶液电池 Active CN116581345B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310601115.5A CN116581345B (zh) 2023-05-25 2023-05-25 一种无膜镁-次氯酸钠海水/氯化钠溶液电池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310601115.5A CN116581345B (zh) 2023-05-25 2023-05-25 一种无膜镁-次氯酸钠海水/氯化钠溶液电池

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN116581345A CN116581345A (zh) 2023-08-11
CN116581345B true CN116581345B (zh) 2024-01-26

Family

ID=87533827

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310601115.5A Active CN116581345B (zh) 2023-05-25 2023-05-25 一种无膜镁-次氯酸钠海水/氯化钠溶液电池

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116581345B (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6465124B1 (en) * 2000-07-28 2002-10-15 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Magnesium anode, seawater/acid/catholyte electrolyte utilizing a palladium and iridium carbon paper cathode electrochemical system
CN102867969A (zh) * 2012-09-17 2013-01-09 傅兴成 一种水能电池
CN106898763A (zh) * 2015-12-18 2017-06-27 中国科学院大连化学物理研究所 一种柔性镁水电池
CN114628711A (zh) * 2022-03-31 2022-06-14 青岛科技大学 一种光辅助的镁/海水电池及其制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6465124B1 (en) * 2000-07-28 2002-10-15 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Magnesium anode, seawater/acid/catholyte electrolyte utilizing a palladium and iridium carbon paper cathode electrochemical system
CN102867969A (zh) * 2012-09-17 2013-01-09 傅兴成 一种水能电池
CN106898763A (zh) * 2015-12-18 2017-06-27 中国科学院大连化学物理研究所 一种柔性镁水电池
CN114628711A (zh) * 2022-03-31 2022-06-14 青岛科技大学 一种光辅助的镁/海水电池及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN116581345A (zh) 2023-08-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ye et al. Unraveling the deposition/dissolution chemistry of MnO 2 for high-energy aqueous batteries
CN104846397A (zh) 一种用于电化学还原co2制甲酸的电极及其制备方法和应用
KR101451630B1 (ko) 이산화탄소 환원방법 및 이를 이용한 이산화탄소 환원장치
CN107275720B (zh) 铝空气电池电解液、铝空气电池及其制作方法
CN112695339B (zh) 一种析氢催化电极、其制备方法及其应用
KR101468782B1 (ko) 이산화탄소 환원방법 및 이를 이용한 무격막형 이산화탄소 환원장치
CN112853375B (zh) 一种烧碱和正磷酸铁的联产方法
CN107706435A (zh) 一种双极膜型直接硼氢化物燃料电池
CN112708907B (zh) 一种复合质子交换膜、其制备方法及用途
CN116581345B (zh) 一种无膜镁-次氯酸钠海水/氯化钠溶液电池
CN109148899A (zh) 一种铝空气电池阴极的制备方法
JP4601647B2 (ja) 水素発生装置及びこれを用いた燃料電池システム
CN108258248A (zh) 一种适用铅蓄电池的高寿命复合板栅及其制备方法
TWI532242B (zh) 電化學電池
KR20070040794A (ko) 증가된 전도도를 갖는 산화니켈 표면 제조 방법
CN115418653A (zh) 一种利用耦合反应电解制备钒电池电解液的方法
US3284240A (en) Cells for generating electrical energy employing a hydrogen peroxide electrolyte in contact with an improved platinum electrode
CN1658425A (zh) 采用新膜型的直接燃料电池及其产生电能的方法
FR3079510A1 (fr) Procede et dispositif de compression electrochimique d'hydrogene gazeux
CN110093649A (zh) 铝合金端板涂层及其制备方法、含其的端板和燃料电池
US20080318104A1 (en) Electrolyte solution for hydrogen generating apparatus and hydrogen generating apparatus comprising the same
CN104164679B (zh) 电解水制氢的系统、合成甲醇系统及其所用的极板
CN110416585B (zh) 液流电池电解液的制备方法和制备装置
Cloutier et al. Triode operation of a proton exchange membrane (PEM) methanol electrolyser
KR101435762B1 (ko) 폐수에 함유된 글리콜 환원방법 및 이를 이용한 글리콜 환원장치

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