[发明专利]一种基于金属臭氧电池的自供电装置及其使用方法

权利要求书

1.一种基于金属臭氧电池的自供电装置，其特征在于，包括：臭氧气室腔体和电池腔体，所述电池腔体设置在所述臭氧气室腔体的内部，所述臭氧气室腔体的底部设置有进气口，顶部设置有出气口，所述电池腔体由多孔圆柱体组成，电池腔体的下部设置进水口，上部设置出水口，多孔圆柱体的侧壁设置有气体扩散正极，内部设置有金属负极，所述气体扩散正极和所述金属负极通过导线与用电器连接；

电解液经进水口自下而上流入所述电池腔体，从出水口流出，汇入出水箱。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述进气口和出气口空间上呈平行布置，高度差为腔体高度，进气沿腔体下部切线方向进入腔体，在腔体内部形成螺旋状气流，在沿腔体上部切向从出气口排出。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述气体扩散正极和金属负极之间的间距为0.5cm-1cm。

4.根据权利要求1或者2或者3所述的装置，其特征在于，所述金属负极为镁、铁、铝和锌中的任意一种或多种的复合物。

5.根据权利要求1或者2或者3所述的装置，其特征在于，所述气体扩散正极从表层到基体依次包括空气扩散层、催化层、导电层和集流体，所述空气扩散层面向臭氧，为聚四氟乙烯涂层；所述集流体为导电多孔基体；所述导电层为活性炭、炭黑、石墨烯和石墨粉中的一种或多种的复合物。

6.根据权利要求1或者2或者3所述的装置，其特征在于，所述正极催化层面向电解液，为Ir氧化物、Ru氧化物、Co氧化物、Mn氧化物、Fe氧化物、Pt、炭黑中的一种或者其中任意多种组份的复合物。

7.根据权利要求1或者2或者3所述的装置，其特征在于，所述电解液为0.1M-6M浓度的NaOH或KOH、NaCl、Na₂SO₄溶液，或具有高电导率的废水。

8.一种权利要求1至7任一项所述的基于金属臭氧电池的自供电装置的使用方法，其特征在于，包括：

臭氧尾气经进气口进入臭氧气室腔体，呈螺旋状与电池腔体中的气体扩散正极接触，与电池腔体中的金属负极产生原电池效应，促进金属负极的腐蚀，产生电流，气体扩散正极在电化学还原作用下促进臭氧的电子分解为氧气；

电解液从电池腔体的下部进水口进入，上部出水口流出，浸没在电解液中的金属负极在电流作用下腐蚀产生羟基化金属，与废水中磷酸根反应产生金属磷酸盐沉淀，同时作为絮凝剂去除废水中大分子有机物，其中部分金属离子与通过空气正极穿透到电解液中臭氧发生催化反应，促进臭氧转化产生活性氧物质。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在自供电产生的电场条件下，臭氧尾气中的氧气在气体扩散正极的表面还原成为H₂O₂，在电解液中进一步催化臭氧转化为羟基自由基，实现电絮凝+电-过臭氧(O₃/H₂O₂)的协同，实现对有机污染物的去除。