[发明专利]一种流化床式热再生氨电池及制备方法

说明书

本发明公开了一种流化床式热再生氨电池及制备方法；一种流化床式热再生氨电池，包括阳极腔室、阴离子交换膜和阴极腔室，阴极腔室和阳极腔室分别设置有电解液进出口在阴极腔室和阳极腔室内分别设置有阴极电解液和阳极电解液；其特征在于：在阳极腔室内设置有第一镍网集电器和磁力转子，所述第一镍网集电器位于靠近阴离子交换膜一侧；在所述磁力转子的四周设置有若干金属铜颗粒；在阴极腔室内靠近阴离子交换膜一侧设置有第二镍网集电器；在阴极腔室内的还设置有若干金属铜颗粒，所述第一镍网集电器和第二镍网集电器通过负载连接；本发明可广泛应用在环保、化工、能源等领域。

技术领域

本发明涉及热再生氨电池，具体涉及一种流化床式热再生氨电池及制备方法。

背景技术

热再生氨电池(Thermally Regenerative Ammonia-based Battery，TRAB)是一种实现低温余热利用的新型燃料电池。

TRAB结合了TES(Liquid-based thermoelectrochemical System)和SEGS(Salinity Gradient Energy System)技术的优点，在热电化学反应的基础上，从金属氨络合物的形成中获得能量，其阴、阳电极在不同氨浓度条件下产生了电势差，最终实现废热产电。在该系统中，铜氨发生络合反应产生电流，将化学能转化为电能，而热再生指的是通过低温废热对络合产物进行加热分解，将热能转化为化学能，由此实现氨电池的充电。

TRAB主要由阳极和阴极组成，以铜作为电极，中间以阴离子交换膜(AnionExchange Membrane,AEM)分隔实现阴离子迁移，形成稳定电流，构成完整电化学电池系统。作为电化学系统产电技术的一种，TRAB内阻可以分为电化学反应过程控制的传荷内阻、电池结构及材料决定的欧姆内阻和物质传输控制的传质内阻。研究表明，采用优化的电池结构、较小的电极间距和导电性较佳的电极材料均可以降低电池欧姆内阻，从而提高电池性能。

目前电池电极常采用多孔电极，电池电化学反应发生在其内部，与此同时伴随着反应物和生成物的传输。在这种情况下，阴、阳极反应物和生成物的传输主要是通过浓差扩散的方式进行。反应物是由主体溶液向多孔介质电极内部扩散，而生成物则是由多孔介质电极内部向外部主体溶液扩散。研究表明，通过流动可以强化物质传输。此外，反应面积对电池的性能也有着很大的影响。由此，增大电极比表面积和物质传输可以提升TRAB性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种流化床式热再生氨电池及制备方法，以获得更高的电池性能。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种流化床式热再生氨电池，包括阳极腔室、阴离子交换膜和阴极腔室，阴极腔室和阳极腔室分别设置有电解液进出口在阴极腔室和阳极腔室内分别设置有阴极电解液和阳极电解液；其特征在于：在阳极腔室内设置有第一镍网集电器和磁力转子，所述第一镍网集电器位于靠近阴离子交换膜一侧；在所述磁力转子的四周设置有若干金属铜颗粒；在阴极腔室内靠近阴离子交换膜一侧设置有第二镍网集电器；在阴极腔室内还设置有若干金属铜颗粒，所述第一镍网集电器和第二镍网集电器通过负载连接。

根据本发明所述的一种流化床式热再生氨电池的优选方案，金属铜颗粒的直径小于镍网集电器的孔隙。

根据本发明所述的一种流化床式热再生氨电池的优选方案，阴极电解液采用硫酸铜和硫酸铵的混合溶液，阳极电解液采用硫酸铜、硫酸铵和氨水的混合溶液。

本发明的第二个技术方案是，一种流化床式热再生氨电池的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：