[发明专利]阳极电解液和基于三价铁离子/二价铁离子氧化还原电对的生物质燃料电池

说明书

本发明属于电池的技术领域，尤其涉及阳极电解液和基于三价铁离子/二价铁离子氧化还原电对的生物质燃料电池。本发明提供了一种阳极电解液，由三价铁盐化合物、酸溶液、生物质和水在特定条件下反应得到阳极电解液；其中，所述特定条件为加热，或加热并光照条件。本发明综合了液流电池和燃料电池的优点，开发了一种加热或加热并光照驱动的基于双Fe³⁺/Fe²⁺氧化还原电对的生物质燃料电池，本发明能极大提高生物质转换电能的效率。

技术领域

本发明属于电池的技术领域，尤其涉及阳极电解液和基于三价铁离子/二价铁离子氧化还原电对的生物质燃料电池。

背景技术

随着全球能源结构的持续转型，对可再生清洁能源的开发利用逐渐深入，同时，如何实现可再生清洁能源的高效转换成为亟待解决的问题。生物质资源来源广泛，储量丰富。我国作为农业大国，每年产生大量的农作物秸秆、甘蔗渣等生物质废弃物。开发利用生物质发电项目占总投资的20％，国内每年产生的9亿多吨秸秆成为国家发展生物质能源的重要研究对象。如何开发高效低成本的生物质发电技术，有效缓解我国用电量大、电价贵且严重依赖非可再生能源的现状成为亟待解决的问题。目前，常见的生物质发电方式是直接燃烧发电。该方法一方面其尾气燃烧处理成本高，另一方面能源的利用效率低下。

液流电池是一种很有前景的电池技术，其具有高效、环保、容量大、能大电流充放电和深度放电等优点。现有的液流电池技术只能用于储能，即只可将其他发电方式产生的电能进行储存和释放，自身不能产生电能，存在能源的来源问题。单一金属溶液作为电解质的液流电池，如全钒液流电池等，仅可用于储存外界输入的能量，其自身并不能通过消耗燃料产生电能。另外，全钒液流电池等还存在因钒溶解度低而导致的电池能量密度低等问题。

燃料电池是一种能将化学能转变成电能、热能以及一些化学副产物的能源转换装置。燃料物质在阳极发生氧化反应，氧化物在阴极发生还原反应。其在运行时不需要充电，只需从外界源源不断地输运燃料和氧化剂等物质，便可以实现持续转化产生电能。现有的燃料电池一般采用铂等贵金属为催化剂，成本高、易中毒且难以打断生物质中的碳碳键，导致无法环境友好地高效降解生物质。而本发明所用的三价铁盐储量丰富、价格低廉、性能稳定且氧化力强。

现有的生物质能源利用方式，如直燃发电、混煤发电和气化发电等技术，发电效率低且生物质储运成本高。常见的微生物燃料电池也存在发电效率低的问题，且产电菌自身代谢能力和寿命有限，反应条件苛刻。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种用于生物质燃料电池发电的阳极电解液。

本发明另一个目的是提供一种发电效率高的基于三价铁离子/二价铁离子氧化还原电对的生物质燃料电池。

本发明提供了一种阳极电解液，由三价铁盐化合物、酸、生物质和水在特定条件下反应得到阳极电解液；其中，所述特定条件为加热，或加热并光照条件。

更为优选的，所述光照为紫外光，利用Fe³⁺对紫外光的强吸收性，在加热阳极电解液的同时进行紫外光照，利用高能紫外光和热的共同作用高效降解生物质，进一步提高生物质转换为电能的效率。

需要说明的是，生物质可以为农林类生物质、水生植物、草本植物等。具体的生物质选自水稻秸秆、甘蔗渣、小麦秸秆、玉米秸秆、玉米芯、花生壳、草、水葫芦和藻类中的一种或多种。

需要说明的是，生物质具体为经机械粉碎后的生物质粉末。

需要说明的是，阳极电解液制备方法为将三价铁盐化合物、酸和水混合，并加入生物质，然后在加热或加热并光照条件下反应得到阳极电解液。

作为优选，所述三价铁盐化合物选自氯化铁、硫酸铁、硝酸铁、草酸铁和磷酸铁中的一种或多种。

作为优选，所述酸选自盐酸、硫酸、硝酸、草酸和磷酸中的一种或多种。