[实用新型]电化学系统、阴极、电池

说明书

本实用新型公开了电化学系统、阴极、电池。具体的，本实用新型涉及一种电化学系统，包括：壳体，所述壳体中限定出反应空间；以及模块化电极组件，所述模块化电极组件设置在所述反应空间中，所述模块化电极组件进一步包括：中空式阴极插槽，所述中空式阴极插槽包括：多个空气阴极，所述多个空气阴极设置在所述中空式阴极插槽的侧壁上，所述空气阴极包括多个子阴极，所述子阴极包括含有原子级分散金属催化剂的催化剂层；阳极，所述阳极与所述空气阴极电连接。由此，该空气阴极的催化活性好、金属利用率高、成本低廉；可以简便地制备面积较大的空气阴极；将多个空气阴极以及阳极整合在同一反应空间中，进一步提高了该电化学系统的产电性能。

技术领域

本实用新型涉及环境、材料、能源领域。具体地，涉及电化学系统、阴极、电池。

背景技术

环境问题与能源问题是当代社会发展面临的两大难题，净化污水的同时兼顾能源回收是污水处理技术面对的新挑战。以微生物燃料电化学系统为典型代表的生物电化学系统是一种新兴的污水处理技术，能够在处理污水的同时将污染物中的化学能转化为电能，利用附着在阳极的产电微生物将污水中的有机物氧化，同时阴极接受电子完成氧还原反应。

然而，目前的电化学系统的性能仍有待提高。

实用新型内容

本实用新型是基于发明人对于以下事实和问题的发现和认识做出的：

发明人发现，目前的电化学系统普遍存在产电性能较差且生产成本较高的问题。发明人通过深入研究以及大量实验发现，这是由电化学系统中，阴极的催化剂催化效率较差且成本较高造成的。特别是在生物电化学系统中，阴极的氧还原反应是限制生物电化学系统的产电性能的关键因素之一，氧还原反应主要是由阴极催化剂来驱动的，而目前用于阴极的催化剂成本较高且催化效率较差，例如，传统的阴极采用铂碳作为催化剂，铂价格昂贵、资源稀缺，而且在长期运行阴极被污染时，其催化性能明显退化。并且，发明人还发现，目前的电化学系统，普遍只含有一个空气阴极以及一个阳极，其在运行过程中，整体的产电效率有限。并且，在实际工业应用中，制作一整块面积较大的空气阴极时，较难保证其表面的平整性以及使用性能。因此，如果能提出催化效率高、催化性能稳定并且成本低廉的空气阴极催化剂以及空气阴极，使其在电化学系统以及生物电化学系统中发挥较好的催化作用，并且设计出新的空气阴极以及电化学系统的结构将能在很大程度上解决上述问题。

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

在本实用新型的一个方面，本实用新型提出了一种电化学系统。具体的，该电化学系统包括：壳体，所述壳体中限定出反应空间；以及模块化电极组件，所述模块化电极组件设置在所述反应空间中，所述模块化电极组件进一步包括：中空式阴极插槽，所述中空式阴极插槽包括：多个空气阴极，所述多个空气阴极设置在所述中空式阴极插槽的侧壁上，所述空气阴极包括多个子阴极，所述子阴极包括含有原子级分散金属催化剂的催化剂层；阳极，所述阳极与所述空气阴极电连接。由此，该空气阴极的催化活性好、金属利用率高、成本低廉等；通过设置多个子阴极，可以简便地制备面积较大的空气阴极，且制得的空气阴极表面平整性高，性能良好；该电化学系统还通过设置模块化电极组件，将多个空气阴极以及阳极有机整合在同一个反应空间中，进一步提高了该电化学系统的产电性能。

具体的，所述中空式阴极插槽包括多个所述侧壁以及底面，多个所述侧壁以及所述底面在所述中空式阴极插槽内部限定出中空空间，所述侧壁靠近所述中空空间的一侧与大气接触。由此，可以在将多个空气阴极整合在同一个中空空间的情况下，保证每个空气阴极与空气充分接触反应，进一步提高了电化学系统的产电性能。

具体的，所述阳极设置在所述中空式阴极插槽以及所述壳体之间。由此，进一步提高了电化学系统的使用效果。