一種鋅粉電解裝置及電解方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鋅空氣燃料電池的設計領(lǐng)域，特別是涉及一種鋅粉電解裝置及電解方法。
【背景技術(shù)】
[0002]新能源和新能源汽車已被《國家中長期科學和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020年)》明確規(guī)劃為國家重點發(fā)展的前沿技術(shù)，對我國能源、交通和國防等領(lǐng)域快速發(fā)展和相關(guān)戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的形成與發(fā)展具有重大意義。目前使用的車用動力電池中鋰離子電池仍存在安全隱患，而氫燃料電池成本高，因此，迫切需要發(fā)展高安全性、較低成本、高比能量的動力電池。
[0003]鋅空氣燃料電池主要由空氣電極、鋅電極、電解液和隔膜組成，以空氣中的氧氣作為正極活性物質(zhì)、金屬鋅作為負極活性物質(zhì)，使用堿性電解液?？諝庵械难跬ㄟ^空氣電極的防水透氣層擴散到催化層，在催化劑與電解液的界面上發(fā)生電化學還原反應，同時鋅電極進行電化學氧化反應，產(chǎn)生電流。與其它電池相比，鋅空氣燃料電池有著獨特的特點:(I)電池比容量較大，比能量較高，實際上可以達到150?300Wh/kg。(2)使用簡單，安全性好，鋅空燃料電池可連續(xù)放電，且不怕過放，免維護。(3)價格便宜，零污染，可再生，在使用中鋅空氣電池的正極消耗氧氣，且正極采用的是低成本的非貴金屬催化劑;負極消耗鋅，負極物質(zhì)放電完畢后變成氧化鋅，可通過電解還原成鋅，重新用作負極活性物質(zhì)，這樣不僅大大降低了使用成本，同時提高了對資源的有效利用。(4)放電電壓平穩(wěn)，放電時空氣電極催化劑本身不發(fā)生變化，鋅電極電壓平穩(wěn)。(5)鋅空氣燃料電池由于采用的是水溶液電解質(zhì)，不存在燃燒、爆炸的隱患，安全性高。
[0004]鑒于鋅空氣燃料電池低成本(制造成本低至?1.5元/Wh)、高安全性、較高比能量2 150Wh/kg等優(yōu)勢非常適合作為新能源汽車等電池，市場前景極為廣闊。眾所周知，電解鋅粉過程中，電解電流、電解質(zhì)濃度以及溫度將直接影響電解所得鋅粉的性狀，包括粒度、比表面積等。目前市場上的鋅粉均存在顆粒大、比表面積小、鋅粉活性低等特點，無法應用在鋅空氣燃料電池上。
[0005]鑒于此，有必要設計一種新的鋅粉電解裝置及電解方法來解決上述問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種鋅粉電解裝置及電解方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中因制得的鋅粉顆粒大、比表面積小等缺點無法應用在鋅空氣燃料電池上的問題。
[0007]為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種鋅粉電解裝置及電解方法，所述電解裝置包括:
[0008]反應爸，所述反應爸包括爸體，位于所述爸體上方的回流孔、加料口，與所述爸體連接的攪拌槳、第四溫度傳感器，位于所述釜體下方的出液管以及位于所述出液管上的球閥；
[0009]與所述出液管連接的第一換熱器；
[0010]與所述第一換熱器出口連接的第一儲液罐，所述第一儲液罐包括第一罐體、位于所述第一罐體上方的第一排氣孔、以及與所述第一罐體連接的第一溫度傳感器；
[0011]通過第一栗及第一輸液管道與所述第一儲液罐連接的第二儲液罐，所述第二儲液罐包括第二罐體、位于所述第二罐體上方的第二排氣孔、以及與所述第二罐體連接的第二溫度傳感器，所述第二儲液罐通過第三栗及回流管道與所述回流孔連接；
[0012]通過第二栗及第二輸液管道與所述第二儲液罐連接的至少一個電解槽，所述電解槽位于臺架上，所述電解槽包括槽體，與所述槽體連接的陰極、陽極、第三溫度傳感器，以及位于所述槽體上方的溢流口，所述電解槽通過所述溢流口和溢流管道與所述第二儲液罐連接，所述溢流管道上連接有第二換熱器。
[0013]優(yōu)選地，所述電解槽的數(shù)量為2個，所述2個電解槽分別與所述第二輸液管道連接，且所述溢流口分別與溢流管道連接。
[0014]優(yōu)選地，所述電解裝置還包括位于所述電解槽上方的排風罩。
[0015]優(yōu)選地，所述臺架為可升降臺架。
[0016]優(yōu)選地，所述反應釜為帶有加熱功能的反應釜，所述反應釜為搪瓷反應釜、玻璃反應Il或不銹鋼反應Il中的一種。
[0017]優(yōu)選地，所述第一、第二換熱器中的換熱介質(zhì)為自來水，所述第一、第二換熱器為板式換熱器或列管換熱器中的一種。
[0018]優(yōu)選地，所述第一、第二儲液罐為聚丙烯儲液罐或聚乙烯儲液罐中的一種。
[0019]優(yōu)選地，所述第一、第二、第三栗均為磁力栗。
[0020]優(yōu)選地，所述電解槽為聚丙烯電解槽、聚乙烯電解槽或聚氯乙烯電解槽中的一種。
[0021]優(yōu)選地，陰極為金屬鎳或金屬鎂的一種，所述陽極為金屬鎳或金屬鎂的一種。
[0022]本發(fā)明還提供一種鋅粉電解方法，所述鋅粉電解方法包括:
[0023]S1:向反應釜中加入體積為Vl的去離子水，溫度為Tl、質(zhì)量為Ml的KOH溶液，及質(zhì)量為M2的ZnO粉末，通過攪拌槳使所述ZnO粉末完全溶解，按化學反應式2K0H+Zn0+H20 = K2[Zn(OH)4]進行化學反應，所得K0^PK2[Zn(0H)4]的混合溶液中Zn(OH)A的濃度為Cl;
[0024]S2:將SI中得到的溶液經(jīng)第一換熱器流入第一儲液罐中，此時第一儲液罐內(nèi)Zn(0H)42—的濃度為Cl，溫度為T2;
[0025]S3:將第一儲液罐內(nèi)的溶液通過第一栗及第一輸液管道抽入至第二儲液罐內(nèi)作為電解母液，此時第二儲液罐內(nèi)Zn(OH)A的濃度為Cl，溫度為T2;
[0026]S4:向反應釜中加入體積為Vl的去離子水，溫度為Tl、質(zhì)量為Ml的KOH溶液，及質(zhì)量為M3的ZnO粉末，并通過攪拌槳使所述ZnO粉末完全溶解，按化學反應式2K0H+Zn0+H20 = K2[Zn(OH)4]進行化學反應，所得K0^PK2[Zn(0H)4]的混合溶液中Zn(OH)A的濃度為C2;
[0027]S5:將S4中得到的溶液經(jīng)第一換熱器流入第一儲液罐中作為電解補充溶液，此時第一儲液罐內(nèi)Zn(OH)A的濃度為C2，溫度為T2;
[0028]S6:將第二儲液罐內(nèi)的電解母液通過第二栗及第二輸液管道抽入至電解槽中，溶液流量為QI，在電解槽的陰陽極之間施加電流I，使陰極按化學反應式Zn (OH)42—+2e = Zn+40H—進行化學反應，陽極按化學反應式40H—-4e = Η2θ+θ2進行化學反應，此時電解槽中溶液的溫度為T3;
[0029]S7:當電解槽中溶液的液位達到溢流口的高度時，電解槽中的溶液通過溢流管道及第二換熱器流入第二儲液罐中，此時溢流溶液的流量為Ql、溫度為T2、Zn(0H)42—的濃度為C3，此時第一儲液罐中的電解補充溶液通過第一栗及第一輸液管道抽入第二儲液罐中，溶液流量為Q2，第二儲液罐中溢流溶液與電解補充溶液滿足(Q1*C3+Q2*C2)/(Q1+Q2)=C1;
[0030]S8:當?shù)诙σ汗拗腥芤旱捏w積達到V2時，通過第三栗及回流管道將第二儲液罐中的溶液抽入至反應釜中，直至反應釜中溶液的體積達到V3時，停止第三栗，通過反應釜將溶液的溫度升高至Tl，并向反應釜中補充質(zhì)量為M4的ZnO粉末，通過攪拌槳使所述ZnO粉末完全溶解，按化學反應式2K0H+Zn0+H20 = K2[Zn(0H)4]進行化學反應，所得KOH和K2[Zn(0H)4]的混合溶液中Zn (0H) 42—的濃度為C2，使整個電解系統(tǒng)處于濃度恒定、溫度恒定、電流恒定的狀態(tài)。
[0031]如上所述，本發(fā)明的一種鋅粉電解裝置及電解方法，具有以下有益效果:本發(fā)明所述的鋅粉電解裝置通過向電解槽中連續(xù)補充濃度恒定、溫度恒定的電解質(zhì)溶液，使鋅粉析出與[Ζη(0Η)42—]的補充達到動態(tài)平衡，從而實現(xiàn)電解過程在濃度恒定、溫度恒定、電流恒定的狀態(tài)下進行，繼而得到性狀可控的鋅粉。
【附圖說明】
[0032]圖1顯示為本發(fā)明所述鋅粉電解裝置的主視圖。