[發明專利]一種基于Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)化學氧化及電化學還原的金屬空氣電池

有效

• 申請號: 202011031933.9
• 申請日: 2020-09-27
• 公開（公告）號: CN112133990B
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發明（設計）人: 田文明;吳佳霖;王彤;張世龍;張一鳴;王強;周巖;孫耀東
• 申請（專利權）人: 北華航天工業學院
• 主分類號: H01M12/08
• 分類號: H01M12/08
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 李興林

本發明公開了一種基于Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)化學氧化及電化學還原的金屬空氣電池，由負極電解液、正極電解液、負極(陽極)金屬板、離子半透膜、石墨電極、通氣管、氣泵組成。本發明公開的這種基于Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)化學氧化及電化學還原的金屬空氣電池電化學還原反應的平衡電位較高，放電電壓及放電電流密度均高于傳統催化劑型金屬?空氣電池，解決了傳統空氣電池中氧氣電化學還原反應速度慢的問題。電池的電解液及石墨電極均極其穩定，不存在中毒、分解、催化效率降低的問題，制備材料廉價易得，成本低廉，對環境友好。且電解液及電極能夠再生，更換方便迅速，使用安全，具有良好的應用前景和使用價值。

技術領域

本發明涉及新能源領域，尤其涉及一種基于Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)化學氧化及電化學還原的金屬空氣電池。

背景技術

金屬-空氣電池是以活性金屬作為負極(陽極)，氧氣作為正極(陰極)的化學電源，但是由于空氣中氧分壓只占21％，且要經過吸附、擴散、液相電化學還原的步驟才能放電，擴散路徑長，氧氣電化學還原反應速度慢，造成氧氣離子化及還原反應過電位高，使得傳統金屬-空氣電池放電電壓低，放電電流小，做功能力不足。

因此傳統金屬-空氣電池的正極常選用鉑鈀等貴金屬催化劑作為電極材料，加速氧的電化學還原反應速度(放電速度)。但貴金屬催化劑的穩定性較差，催化活性難以長久保持，且成本非常高昂，難以大規模應用。此外也可采用金屬氧化物催化劑(如Mn、Co、Fe等變價金屬的氧化物)作為正極材料，但金屬氧化物催化劑的催化活性不如貴金屬催化劑，且易與空氣中的CO₂發生中毒反應而失去活性，壽命較短穩定性不足；同時某些金屬氧化物催化劑中含有重金屬，污染環境，制備復雜，成本也較高。

發明內容

為解決上述技術問題，本發明提供了一種基于Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)化學氧化及電化學還原的金屬空氣電池，包括負極電解液、正極電解液、負極(陽極)金屬板、離子半透膜、石墨電極、通氣管、氣泵；

所述負極(陽極)金屬板浸入負極電解液中；

所述石墨電極浸入正極電解液中；

所述負極電解液和正極電解液由離子半透膜分隔；

所述通氣管一端浸入正極電解液中，另一端連接氣泵。

進一步的，所述基于Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)化學氧化及電化學還原的金屬空氣電池的負極電解液為除氣的氯化鈉或氯化鉀溶液中的一種。

進一步的，所述基于Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)化學氧化及電化學還原的金屬空氣電池的負極電解液的濃度為1mol/L至飽和。

進一步的，所述基于Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)化學氧化及電化學還原的金屬空氣電池的正極電解液為pH＜3的酸性可溶Fe³⁺離子溶液酸性。當正極電解液的pH＜3是，可以有效防止Fe³⁺離子水解，有利于電池的穩定性。

進一步的，所述基于Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)化學氧化及電化學還原的金屬空氣電池的正極電解液的濃度為0.5mol/L至飽和。

進一步的，所述基于Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)化學氧化及電化學還原的金屬空氣電池的正極電解液為硝酸鐵、氯化鐵或硫酸鐵中的一種或幾種。

進一步的，所述基于Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)化學氧化及電化學還原的金屬空氣電池的負極金屬的材質為鎂、鋁、鋅、鐵中的一種。

進一步的，所述基于Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)化學氧化及電化學還原的金屬空氣電池的半透膜為陰離子型半透膜、陽離子型半透膜、混合型半透膜中的一種。

進一步的，所述基于Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)化學氧化及電化學還原的金屬空氣電池的石墨電極為碳板或者碳氈電極中的一種

進一步的，所述基于Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)化學氧化及電化學還原的金屬空氣電池的通氣管不與酸堿反應。