[發明專利]一種復合物、含有復合物的雙功能催化劑和一種電化學中和能電池

有效

• 申請號: 201910051652.0
• 申請日: 2019-01-21
• 公開（公告）號: CN111463439B
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發明（設計）人: 溫珍海;李燕
• 申請（專利權）人: 中國科學院福建物質結構研究所
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M4/90;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京元周律知識產權代理有限公司 11540
• 代理人: 王惠

本申請公開了一種復合物，所述復合物為還原氧化石墨烯載硫化釕納米粒子的復合物；所述硫化釕納米粒子負載在所述還原氧化石墨烯的層狀結構中。以及含有所述復合物的電極催化劑，應用該電極催化劑的電化學中和能電池。該電化學中和能電池，陰極端在酸性溶液發生析氫反應，陽極端在堿性溶液中發生氫氣氧化反應，使得氫氧根離子和氫離子分別在陽極池和陰極池消耗，從而使得酸堿中和能得以電化學方式收集(電化學中和能)。該電池能夠提供0.82V的開路電壓，當放電電流密度達88.1mA cm^?2時，該電池最大功率密度可達37.7mW cm^?2，穩定性良好，制備方法簡單，成本低廉。并有潛力應用于工業上酸、堿廢水的大規模處理。

技術領域

本申請涉及一種電化學中和能電池，屬于新型電池以及廉價催化劑領域。

背景技術

環境問題和能源安全日益嚴重引起了社會各界的廣泛關注，可再生能源可替代化石燃料，緩解上述問題。酸堿反應是個眾所周知的自發放熱反應，然而該反應釋放的熱量難以收集。而在工業上大量的廢酸、廢堿處理過程中瞬間釋放的大量熱量也可能造成環境危害。利用電化學中和能電池實現酸堿中和反應的能量轉化為電能對解決廢酸、廢堿的處理和充分利用中和反應能有重要的環境保護價值和經濟價值。

發明內容

基于現有技術中尚未充分利用廢酸廢堿中和反應能轉化為電能，我們設計了一種新型的電化學中和能電池，該電池在陰極池和陽極池裝有酸、堿不對稱電解液，并通過雙極隔膜阻止酸、堿的化學中和，通過在陰極設計析氫反應以消耗氫離子，并在陽極端設計氫氧化反應消耗氫氧根離子，并發展了一種對析氫反應和氫氧化反應具有優異催化性能的還原氧化石墨烯載硫化釕納米粒子的復合物(RuS₂NP/rGO)雙功能催化劑，從而構建了以酸、堿為原料的可放電的電池。

在放電過程中，陽極發生氫氧化反應：

H₂+2OH^-→2H₂O+2e^- E_SHE＝-0.826V(pH＝14)

陰極發生氫析出反應：

2H⁺+2e^-→H₂ E_SHE＝0V(pH＝0)

Na⁺和SO₄^2-分別穿過陽離子交換膜和陰離子交換膜傳輸到中間的水層與外電路形成回路。因此總的反應方程式為；H⁺+2OH^-→2H₂O E_cell＝0.826V。

根據本申請的一個方面，提供一種復合物。所述復合物為還原氧化石墨烯載硫化釕納米粒子的復合物；所述硫化釕納米粒子負載在所述還原氧化石墨烯的層狀結構中。

可選地，所述復合物中釕的重量含量為1.0％～10.0％；

所述硫化釕納米粒子的粒徑為2～5nm。

所述的復合物的制備方法，包括以下步驟：

將含有氧化石墨烯、釕前驅體、還原劑的溶液超聲，冷凍干燥，在非活性氣氛下煅燒，得到所述復合物。

可選地，所述超聲的時間為1～5小時。

可選地，所述煅燒的條件為：在非活性氣氛下，400～1000℃煅燒1～6小時。

可選地，所述溶液中氧化石墨烯、釕前驅體、還原劑的質量比為10～20：0.01～0.1：50～80。

根據本申請的另一方面，提供一種雙功能催化劑，含有所述的復合物、根據所述的方法制備得到的復合物中的至少一種。