[发明专利]海水溶解氧电池用正极及采用该正极的海水溶解氧电池

权利要求书

1.一种海水溶解氧电池用正极，该正极是由碳素材料制成的，其表面具有一层含有含氧的活性官能团和/或含氮的活性官能团的活性层，并且，所述含氧的活性官能团和所述含氮的活性官能团均为在海水中具有可逆的氧化还原反应特性的官能团。

2.根据权利要求1所述的海水溶解氧电池用正极，其中，所述含氧的活性官能团为羧基氧、羰基氧和羟基氧中的一种或几种，所述含氮的活性官能团为吡啶型氮、吡咯型氮和季铵氮中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的海水溶解氧电池用正极，其中，所述碳素材料为石墨、活性炭、玻碳、碳纤维、富勒烯、碳纳米管和石墨烯中的一种或几种。

4.根据权利要求1-3任一项所述的海水溶解氧电池用正极，其中，所述正极是在海水溶解氧电池中能够具有以下正极反应过程的海水溶解氧电池用正极：

在海水溶解氧电池放电时，该正极表面的活性层中的氧化态活性官能团能够被电化学还原为还原态活性官能团，而该还原态活性官能团能够被海水中的溶解氧和/或溶解氧在正极上发生的阴极还原反应生成的中间产物重新化学氧化为氧化态活性官能团，同时溶解氧和/或溶解氧的阴极还原中间产物能够被化学还原；氧化态活性官能团的电化学还原和化学氧化再生过程，及其伴随的溶解氧和/或溶解氧的阴极还原中间产物被化学还原过程与溶解氧的电化学还原反应过程共同构成海水溶解氧电池正极反应过程。

5.权利要求1-4任一项所述的海水溶解氧电池用正极的制备方法，其包括以下步骤：

利用碳素材料制成所需形状的待处理的正极；对待处理的正极进行氧化处理使其表面形成含有含氧的活性官能团和/或含氮的活性官能团的活性层，得到所述海水溶解氧电池用正极；或者，

对碳素材料进行氧化处理使其表面形成含有含氧的活性官能团和/或含氮的活性官能团的活性层，然后制成所需形状的正极，即得到所述海水溶解氧电池；

优选地，所述氧化处理为气相氧化处理、化学氧化处理和电化学氧化处理中的一种或几种。

6.根据权利要求5所述的海水溶解氧电池用正极的制备方法，其中，所述氧化处理为气相氧化处理，所述气相氧化处理按照以下步骤进行：

采用浓度为10wt％-30wt％的尿素水溶液对碳素材料或者待处理的正极进行浸渍，待完全润湿后，从溶液中取出进行干燥，然后置于氨气气氛下加热到500-900℃，保温进行1-5小时的氧化处理。

7.根据权利要求5所述的海水溶解氧电池用正极的制备方法，其中，所述氧化处理为化学氧化处理，所述化学氧化处理按照以下步骤进行：

将碳素材料或者待处理的正极浸泡在硝酸和苯并三氮唑的混合水溶液中，在60-90℃下加热氧化处理1-10小时，其中，在所述硝酸和苯并三氮唑的混合水溶液中，所述硝酸的浓度为20wt％-70wt％，所述苯并三氮唑的浓度为0.1wt％-1wt％。

8.根据权利要求5所述的海水溶解氧电池用正极的制备方法，其中，所述氧化处理为电化学氧化处理，所述电学氧化处理按照以下步骤进行：

将碳素材料或者待处理的正极置于硫酸、高氯酸和磷酸的混合水溶液中，采用恒电位控制方式恒定碳素材料或者待处理的正极的电位在1.9-2.9V_vs.SCE，进行0.5-5小时的恒电位碳素材料或者待处理的正极氧化处理，其中，在所述硫酸、高氯酸和磷酸的混合水溶液中，所述硫酸的浓度为20wt％-30wt％，所述高氯酸的浓度为10wt％-30wt％，所述磷酸的浓度为5wt％-20wt％。

9.一种海水溶解氧电池，其中，该海水溶解氧电池的负极为镁合金，电解质为海水，正极为权利要求1-4任一项所述的海水溶解氧电池用正极；优选地，所述镁合金为在海水中的开路电位低于-1.55V_vs.SCE的镁合金中的任意一种；更优选地，所述镁合金为AZ61镁合金、AZ63镁合金、AP65镁合金或含锰合金元素的镁合金。

10.根据权利要求9所述的海水溶解氧电池，其中，该海水溶解氧电池在放电时，所述活性官能团中的氧化态活性官能团被电化学还原为还原态活性官能团，而该还原态活性官能团被海水中的溶解氧和/或溶解氧在正极上发生的阴极还原反应生成的中间产物重新化学氧化为氧化态活性官能团，同时溶解氧和/或溶解氧的阴极还原中间产物被化学还原；

该氧化态活性官能团的电化学还原和化学氧化再生过程，及其伴随的溶解氧和/或溶解氧的阴极还原中间产物被化学还原过程与溶解氧的电化学还原反应过程共同构成该海水溶解氧电池的正极反应。