[發明專利]海水溶解氧電池用正極及采用該正極的海水溶解氧電池

有效

• 申請號: 201110376269.6
• 申請日: 2011-11-23
• 公開（公告）號: CN103137943A
• 公開（公告）日: 2013-06-05
• 發明（設計）人: 徐海波;蘆永紅
• 申請（專利權）人: 中國海洋大學
• 主分類號: H01M4/06
• 分類號: H01M4/06;H01M6/34
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 韓蕾

1.一種海水溶解氧電池用正極，該正極是由碳素材料制成的，其表面具有一層含有含氧的活性官能團和/或含氮的活性官能團的活性層，并且，所述含氧的活性官能團和所述含氮的活性官能團均為在海水中具有可逆的氧化還原反應特性的官能團。

2.根據權利要求1所述的海水溶解氧電池用正極，其中，所述含氧的活性官能團為羧基氧、羰基氧和羥基氧中的一種或幾種，所述含氮的活性官能團為吡啶型氮、吡咯型氮和季銨氮中的一種或幾種。

3.根據權利要求1所述的海水溶解氧電池用正極，其中，所述碳素材料為石墨、活性炭、玻碳、碳纖維、富勒烯、碳納米管和石墨烯中的一種或幾種。

4.根據權利要求1-3任一項所述的海水溶解氧電池用正極，其中，所述正極是在海水溶解氧電池中能夠具有以下正極反應過程的海水溶解氧電池用正極：

在海水溶解氧電池放電時，該正極表面的活性層中的氧化態活性官能團能夠被電化學還原為還原態活性官能團，而該還原態活性官能團能夠被海水中的溶解氧和/或溶解氧在正極上發生的陰極還原反應生成的中間產物重新化學氧化為氧化態活性官能團，同時溶解氧和/或溶解氧的陰極還原中間產物能夠被化學還原；氧化態活性官能團的電化學還原和化學氧化再生過程，及其伴隨的溶解氧和/或溶解氧的陰極還原中間產物被化學還原過程與溶解氧的電化學還原反應過程共同構成海水溶解氧電池正極反應過程。

5.權利要求1-4任一項所述的海水溶解氧電池用正極的制備方法，其包括以下步驟：

利用碳素材料制成所需形狀的待處理的正極；對待處理的正極進行氧化處理使其表面形成含有含氧的活性官能團和/或含氮的活性官能團的活性層，得到所述海水溶解氧電池用正極；或者，

對碳素材料進行氧化處理使其表面形成含有含氧的活性官能團和/或含氮的活性官能團的活性層，然后制成所需形狀的正極，即得到所述海水溶解氧電池；

優選地，所述氧化處理為氣相氧化處理、化學氧化處理和電化學氧化處理中的一種或幾種。

6.根據權利要求5所述的海水溶解氧電池用正極的制備方法，其中，所述氧化處理為氣相氧化處理，所述氣相氧化處理按照以下步驟進行：

采用濃度為10wt％-30wt％的尿素水溶液對碳素材料或者待處理的正極進行浸漬，待完全潤濕后，從溶液中取出進行干燥，然后置于氨氣氣氛下加熱到500-900℃，保溫進行1-5小時的氧化處理。

7.根據權利要求5所述的海水溶解氧電池用正極的制備方法，其中，所述氧化處理為化學氧化處理，所述化學氧化處理按照以下步驟進行：

將碳素材料或者待處理的正極浸泡在硝酸和苯并三氮唑的混合水溶液中，在60-90℃下加熱氧化處理1-10小時，其中，在所述硝酸和苯并三氮唑的混合水溶液中，所述硝酸的濃度為20wt％-70wt％，所述苯并三氮唑的濃度為0.1wt％-1wt％。

8.根據權利要求5所述的海水溶解氧電池用正極的制備方法，其中，所述氧化處理為電化學氧化處理，所述電學氧化處理按照以下步驟進行：

將碳素材料或者待處理的正極置于硫酸、高氯酸和磷酸的混合水溶液中，采用恒電位控制方式恒定碳素材料或者待處理的正極的電位在1.9-2.9V_vs.SCE，進行0.5-5小時的恒電位碳素材料或者待處理的正極氧化處理，其中，在所述硫酸、高氯酸和磷酸的混合水溶液中，所述硫酸的濃度為20wt％-30wt％，所述高氯酸的濃度為10wt％-30wt％，所述磷酸的濃度為5wt％-20wt％。

9.一種海水溶解氧電池，其中，該海水溶解氧電池的負極為鎂合金，電解質為海水，正極為權利要求1-4任一項所述的海水溶解氧電池用正極；優選地，所述鎂合金為在海水中的開路電位低于-1.55V_vs.SCE的鎂合金中的任意一種；更優選地，所述鎂合金為AZ61鎂合金、AZ63鎂合金、AP65鎂合金或含錳合金元素的鎂合金。

10.根據權利要求9所述的海水溶解氧電池，其中，該海水溶解氧電池在放電時，所述活性官能團中的氧化態活性官能團被電化學還原為還原態活性官能團，而該還原態活性官能團被海水中的溶解氧和/或溶解氧在正極上發生的陰極還原反應生成的中間產物重新化學氧化為氧化態活性官能團，同時溶解氧和/或溶解氧的陰極還原中間產物被化學還原；

該氧化態活性官能團的電化學還原和化學氧化再生過程，及其伴隨的溶解氧和/或溶解氧的陰極還原中間產物被化學還原過程與溶解氧的電化學還原反應過程共同構成該海水溶解氧電池的正極反應。