[发明专利]一种基于海水电解质的超级电容电池

说明书

本发明公开了一种基于海水电解质的超级电容电池，包括含有可变价钠盐的正极、含有电容级活性炭材料的负极和用于隔离所述正极与负极的阳离子交换膜；所述阳离子交换膜靠近正极的一侧设有用于导电的含有钠离子的电解质；所述超级电容电池工作时，所述负极直接浸泡于海水，海水通过所述阳离子交换膜后与正极接触。本发明的超级电容电池采用阳离子交换膜交换阳离子，以及采用超级电容和电池技术制作正负极，为可充电电池，可直接利用海水的盐分和导电性进行工作。而且，该超级电容电池制作成本低、使用安全、无污染，具有充分利用海水自然资源进行储能、直接浸入海水中工作的特点，在海上储能、海上救援以及海底探索等领域有着广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及海水电池技术领域，更具体地，涉及一种基于海水电解质的超级电容电池。

背景技术

目前，已知的海水电池，一般为以镁或铝等金属为负极的一次电池，如镁空气电池。一次电池无法实现循环充放电，其使用过程中不断消耗负极的金属，使用完后，替换为新的金属负极才能继续使用；例如中国专利CN104112844A和CN105244851A公开的海水电池，均为一次电池。

至今还未发现能够直接利用海水作为电解质的可充电海水电池。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的缺陷，提供一种基于海水电解质的超级电容电池，提供的超级电容电池直接利用海水作为电解质，工作时直接浸泡于海水中，能够实现循环充放电，在海上储能、海上救援以及海底探索等领域有着广泛的应用前景。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种基于海水电解质的超级电容电池，包括含有可变价钠盐的正极、含有电容级活性炭材料的负极和用于隔离所述正极与负极的阳离子交换膜；所述阳离子交换膜靠近正极的一侧设有用于导电的含有钠离子的电解质；

所述超级电容电池工作时，所述负极直接浸泡于海水，海水通过所述阳离子交换膜后与正极接触。

上述超级电容电池的工作原理：

将超级电容电池浸泡于海水中，超级电容电池的正极和负极被海水浸润，电解质被海水溶解并起导电作用，可进行充放电工作。进行充电时，正极的可变价钠盐通过化学反应变价释放钠离子，钠离子通过阳离子交换膜，吸附到带负电电荷的电容级活性炭材料上，形成单电极超级电容，储存电能；进行放电时，负极的电容级活性炭材料释放钠离子，被释放的钠离子重新通过阳离子交换膜，回到正极，正极通过化学反应变价吸收钠离子，从而实现循环充放电。

上述超级电容电池浸泡于海水时，负极直接浸泡于海水，阳离子交换膜将正极与负极隔离，防止阴极区域的阴离子进入正极区域，防止充电时形成电解池发生电解水的情况，导致电能损失、产生气鼓包，破坏电池正极。

本发明采用阳离子交换膜交换阳离子，以及超级电容和电池技术制作正负极，形成可充电电池，并直接利用海水的盐分和导电性进行工作。上述超级电容电池制作成本低、使用安全、无污染，还具有充分利用海水自然资源进行储能、直接浸入海水中工作的特点，在海上储能、海上救援以及海底探索等领域有着广泛的应用前景。

优选地，所述可变价钠盐为无机钠盐和/或有机钠盐。

优选地，所述无机钠盐为Na₂MnO₂、NaCoO₂ 或NaTi₂(PO₄)₃中的一种或两种以上的组合。

正极的可变价钠盐采用Na₂MnO₂时，工作时正极和负极发生的反应如下：