[发明专利]一种基于电场强化传质的热再生氨电池及制备方法

说明书

本发明公开了一种基于电场强化传质的热再生氨电池，包括阴极腔室、阳极腔室和阴离子交换膜；阳极腔室和阴极腔室分别设置在阴离子交换膜的左右两侧；阴极泡沫铜金属电极嵌入阴极腔室中，并与阴离子交换膜紧贴；阳极泡沫铜金属电极嵌入阳极腔室中，且与阴离子交换膜紧贴；其特征在于：所述阳极腔室和阴极腔室的外侧分别设置有阳极外加电场极板腔室和阴极外加电场极板腔室，所述阳极外加电场极板腔室和阴极外加电场极板腔室内分别设置阳极外加电场极板和阴极外加电场极板，阳极外加电场极板和阴极外加电场极板分别连接稳压电源的正、负输出端；阴极泡沫铜金属电极和阳极泡沫铜金属电极通过负载连接；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，具体涉及一种基于电场强化传质的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)是一种将低温废热转换成电能的新型电化学产电系统技术。

TRAB是基于热电化学反应，能量来源于金属氨络合物的形成，阴、阳电极处于不同氨浓度条件下产生了电势差。TRAB的整个循环过程包括产电和热再生两个过程。在产电过程中，当往阳极中添加氨水或者鼓入氨气，阳极金属铜被氨水侵蚀发生络合反应，产生电子和四氨合铜离子。产生的电子通过外电路传递到阴极与阴极电解液中的铜离子相结合，沉积在阴极电极表面。阴、阳极中的阴离子通过阴离子交换膜迁移形成离子电流。因此，形成完整的电路，同时使电池内部溶液保持电中性。在热再生过程中，需要对电池中的原反应物进行热再生处理。阳极电解液中的四氨合铜离子受热分解出氨气并得到高铜离子浓度的电解液。将热再生的阳极液通入原来的电池阴极，使原来电池的阳极变为阴极，原来的阳极变为阴极，保证铜也实现循环，构成完整的热再生产电循环系统，保证电池工作的可持续性。

TRAB作为一种新型的应用前景广泛的热再生电池系统，其产电效率仍受诸多因素的影响。其中，内阻是影响TRAB产电效率的主要因素。主要受到化学反应过程的传荷内阻、电池结构及材料决定的欧姆内阻以及阴阳极电解液中的物质传输传质内阻影响。研究表明，阴阳极电解液中的物质传输速率对电池性能起着的极其重要的作用。电池电化学反应发生在阴、阳多孔介质电极内部，同时伴随着阴阳极离子的迁移及反应液中阴离子透过阴离子交换膜的传输。在无搅拌或者流动等条件下，反应液中阴离子透过AEM的传输主要是依靠浓度差通过扩散的方式进行。当电池工作在高电流密度下时，电极上发生的电化学反应速率非常快，这意味着在短时间内电极表面需要消耗更多的反应物和产生更多的生成物，即电池内部需要更快的阴离子传输速率。而依靠浓度差扩散的传输方式速度慢，效率低，成为限制电池性能的重要因素。因此，需要解决阴离子传输仅依靠浓度差扩散的问题，提高传质效率，从而提升电池性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于电场强化传质的热再生氨电池及制备方法，以提升电池性能。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种基于电场强化传质的热再生氨电池，包括阴极腔室、阳极腔室和阴离子交换膜；阳极腔室和阴极腔室分别设置在阴离子交换膜的左右两侧；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；阴极腔室上侧设有阴极电解液输入孔，阴极泡沫铜金属电极嵌入阴极腔室中，并与阴离子交换膜紧贴；阳极腔室上侧设有阳极电解液输入孔，阳极泡沫铜金属电极嵌入阳极腔室中，且与阴离子交换膜紧贴。

其特征在于：所述阳极腔室和阴极腔室的外侧分别设置有阳极外加电场极板腔室和阴极外加电场极板腔室，所述阳极外加电场极板腔室和阴极外加电场极板腔室内分别设置阳极外加电场极板和阴极外加电场极板，阳极外加电场极板和阴极外加电场极板分别连接稳压电源的正、负输出端；阴极泡沫铜金属电极和阳极泡沫铜金属电极通过负载连接。