[发明专利]一种高能低耗Al-H2O2半燃料电池

说明书

技术领域

本发明属于化学电源技术领域，特别是涉及一种高能低耗Al-H₂O₂半燃料电池。

背景技术

Al-H₂O₂半燃料电池体系能量密度高，特别适合于长时间放电。在Al-H₂O₂半燃料电池中，由于H₂O₂阴极电解液与阳极板接触会发生直接化学反应，该副反应不会产生外部电流，但会消耗50%以上的活性物质，降低了电池的输出能量，因此通常采用如Nafion阳离子交换膜将阴、阳极隔离开。Al-H₂O₂电池放电时发生如表1所示的主要化学反应方程式，随着放电反应的进行，阴极负电荷不断增多如图2所示，由于Nafion阳离子交换膜是选择性透过Na⁺的，同时阻止阴离子透过，因此Na⁺从阳极电解液转移至阴极电解液中，实现电池的电荷守恒；采用阳离子交换膜时通常会存在以下三个弊端：首先，由于H₂O₂电极一侧将不断生成OH^-，OH^-的不断积累使溶液的pH值升高，而在碱性条件下，随着pH值增大，H₂O₂分解产生O₂的速率会明显增加，因此导致H₂O₂利用率大幅降低。其次，由于阳离子交换膜无法阻断阳极部分中的Al³⁺向阴极的扩散，Al³⁺会与阴极的OH^-形成Al(OH)₃胶体沉淀，降低阴极催化剂的催化性能，影响阴极的正常放电反应，沉淀的生成还会大大降低离子交换膜的离子传导性和使用寿命。最后，对于6e^-直接氧化而言如表1所示，2mol Al³⁺需要8mol Na⁺来传导电荷，在溶液中NaOH浓度必须是Al³⁺的4倍以上，才能满足电池放电的需要，较高的物质消耗，降低了电池的高比能量优势。

表1Al-H₂O₂半燃料电池的主要化学反应方程式

阴极：3H₂O₂+6e^--→6OH^-阳极:2Al+8OH^--→2AlO₂^-+4H₂O+6e^-电池反应：2Al+3H₂O₂+2OH^--→2AlO₂^-+4H₂O

发明内容

本发明为解决背景技术中存在的技术问题而提供H₂O₂利用率高、原材料消耗少、无胶体沉淀物产生的一种高能低耗Al-H₂O₂半燃料电池。

本发明采取的技术方案是：