一种锌‑空气电池及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种锌‑空气电池及其应用，该锌‑空气电池采用生物质衍生多孔碳材料作为阴极材料。而所述生物质衍生多孔碳材料的制备方法包括：将生物质粉末与碳酸氢钾混合在一起，并置于管式炉中以400～800℃进行高温煅烧，然后将煅烧后产物研磨成粉末，并采用盐酸溶液进行洗涤，再进行抽滤，并用去离子水洗涤至中性后干燥，从而制得生物质衍生多孔碳材料。该锌‑空气电池可作为电容去离子CDI的驱动电源，用于水体中脱盐或脱除重金属离子。本发明专利技术不仅充放电效率较高、稳定性强，而且生产成本低、制备工艺简单，可用作CDI脱盐的驱动电源。

【技术实现步骤摘要】
一种锌-空气电池及其应用
本专利技术涉及锌-空气电池领域，尤其涉及一种锌-空气电池及其应用。
技术介绍
锌-空气电池是以碳材料吸附空气中的氧作为阴极、以锌作为阳极、以氯化铵或苛性碱溶液作为电解质的一种原电池。锌-空气电池可提供1.2V以上的开路电压，并且具有体积比能量高、放电电压平稳、贮存寿命长、对环境无污染等优点，但现有锌-空气电池充放电效率较低、而且生产成本相对较高。
技术实现思路
针对现有技术中的上述不足之处，本专利技术提供了一种锌-空气电池及其应用，不仅充放电效率较高、稳定性强，而且生产成本低、制备工艺简单，可用作CDI(CapacitiveDeionization，CDI)的驱动电源。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种锌-空气电池，采用生物质衍生多孔碳材料作为锌-空气电池的阴极材料。优选地，所述生物质衍生多孔碳材料的制备方法包括：将生物质粉末与碳酸氢钾混合在一起，并置于管式炉中以400～800℃进行高温煅烧，然后将煅烧后产物研磨成粉末，并采用盐酸溶液进行洗涤，再进行抽滤，并用去离子水洗涤至中性后干燥，从而制得生物质衍生多孔碳材料。优选地，所述生物质粉末与碳酸氢钾的质量比为1～4:1。优选地，所述高温煅烧在氮气气氛中进行，升温速率为10℃/分钟，煅烧温度达到800℃后保温3小时。优选地，所述的生物质为豆荚、秸秆、多糖类、草或瓜果皮中的至少一种。上述技术方案中所述的锌-空气电池作为电容去离子CDI的驱动电源，用于水体中脱盐或脱除重金属离子。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，本专利技术提供的锌-空气电池采用生物质衍生多孔碳材料作为阴极材料，而所述生物质衍生多孔碳材料是以廉价且资源丰富的生物质为原料，由于生物质中不仅含有丰富的碳元素，而且还含有微量的氮元素，因此本专利技术所制得的生物质衍生多孔碳材料中有氮元素的掺杂，这不仅十分有利于电化学性能的提高，易于制得、成本低廉。此外，所述生物质衍生多孔碳材料其形貌表现为三级孔结构，具有较大的比表面积、较好的电化学性能以及优异的脱盐性能和ORR(Oxidation-ReductionReaction，氧气还原反应)性能，因此将本专利技术所提供的锌-空气电池作为CDI去离子操作的驱动电源，用于脱盐或脱除重金属离子能够取得良好的脱除效果。本专利技术提供的锌-空气电池不仅充放电效率较高、稳定性强，而且生产成本低、制备工艺简单，可用作CDI(CapacitiveDeionization，CDI)的驱动电源。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。图1为本专利技术实施1中步骤A1所制得的生物质衍生多孔碳材料的ORR性能示意图。图2为本专利技术实施1中步骤B1所制得的锌-空气电池的电化学性能示意图。图3为本专利技术实施1中步骤B1所制得的锌-空气电池的脱盐性能示意图。具体实施方式下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。下面对本专利技术所提供的锌-空气电池及其应用进行详细描述。一种锌-空气电池，采用生物质衍生多孔碳材料作为锌-空气电池的阴极材料。其中，所述生物质衍生多孔碳材料的制备方法可以包括以下步骤：将生物质粉末与碳酸氢钾混合在一起，并置于管式炉中以400～800℃进行高温煅烧，然后将煅烧后产物研磨成粉末，并采用盐酸溶液进行洗涤，再进行抽滤，并用去离子水洗涤至中性后干燥，从而制得生物质衍生多孔碳材料。具体而言，可以按照生物质粉末与碳酸氢钾的质量比为1～4:1的比例，将生物质粉末与碳酸氢钾混合在一起，并置于管式炉中在氮气气氛下进行高温煅烧，升温速率为10℃/分钟，当煅烧温度达到800℃后保温3小时，然后将煅烧后产物冷却至室温并研磨成粉末，再采用盐酸溶液(该盐酸溶液由质量分数为37％的浓盐酸与去离子水等体积混合而成)洗涤三次，抽滤，用去离子水洗涤至中性后干燥(最好在60℃下烘干)，从而制得生物质衍生多孔碳材料。在实际应用中，所述的生物质可以为豆荚、虾壳、树木、杂草、植物秸秆、多糖类或瓜果皮中的至少一种，并且这些生物质最好洗净、烘干后再利用高速粉碎机粉碎成生物质粉末。具体地，本专利技术所提供的锌-空气电池可作为CDI领域的驱动电源，用于水体中脱盐或脱除重金属离子。电容去离子(CapacitiveDeionization，CDI)技术是利用电极材料表面双电层进行电容吸附去除水中带电物质；其基本原理是在电极上外加直流电压，利用静电力把水中带电物质吸附到正负电极上，当吸附饱和后，通过电极短路或加反向电压使带电物质从正负电极解吸附，电极得到再生。与传统海水及苦咸水脱盐技术(如：反渗透、电渗析等)相比，CDI技术具有能耗低、成本低、操作简单等显著优势。CDI去离子操作电压一般控制在1.0～1.6V之间，而本专利技术所提供的锌-空气电池可提供1.2～1.8V的开路电压，可以对浓度为40～1000mg/L的NaCl进行脱盐处理，因此将本专利技术所提供的锌-空气电池作为CDI去离子操作的驱动电源，用于水体中脱盐或脱除重金属离子能够取得良好的脱除效果。进一步地，本专利技术所提供的锌-空气电池至少具有以下优点：(1)本专利技术所提供的锌-空气电池采用生物质衍生多孔碳材料作为阴极材料，而所述生物质衍生多孔碳材料以廉价且资源丰富的生物质为原料，由于生物质中不仅含有丰富的碳元素，而且还含有微量的氮元素，因此本专利技术所制得的生物质衍生多孔碳材料中有氮元素的掺杂，这不仅十分有利于电化学性能的提高，易于制得、成本低廉。(2)本专利技术所提供的锌-空气电池采用生物质衍生多孔碳材料作为阴极材料，而所述生物质衍生多孔碳材料其形貌表现为三级孔结构，具有较大的比表面积、较好的电化学性能以及优异的脱盐性能和ORR(Oxidation-ReductionReaction，氧气还原反应)性能，因此将本专利技术所提供的锌-空气电池作为CDI去离子操作的驱动电源，用于水体中脱盐或脱除重金属离子能够取得良好的脱除效果。综上可见，本专利技术实施例不仅充放电效率较高、稳定性强，而且生产成本低、制备工艺简单，可用作CDI脱盐的驱动电源。为了更加清晰地展现出本专利技术所提供的技术方案及所产生的技术效果，下面以具体实施例对本专利技术实施例所提供的锌-空气电池及其应用进行详细描述。实施例1一种锌-空气电池，其制备方法可以包括以下步骤：步骤A1、将豆荚洗净、烘干后利用高速粉碎机粉碎成豆荚粉末；取6g豆荚粉末作为生物质粉末与1.5g碳酸氢钾一同加入到研钵中研磨，混合均匀，并置于管式炉中在氮气气氛下进行高温煅烧，升温速率为10℃/分钟，当煅烧温度达到800℃后保温3小时，然后将煅烧后产物冷却至室温并研磨成粉末，再采用盐酸溶液(该盐酸溶液由质量分数为37％的浓盐酸与去离子水等体积混合而成)洗涤三次，抽滤，用去离子水洗涤至中性后，在60℃下烘干，从而制得生物质衍生多孔碳材料。步骤B1、将步骤A1制得生物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锌‑空气电池，其特征在于，采用生物质衍生多孔碳材料作为锌‑空气电池的阴极材料。

【技术特征摘要】
1.一种锌-空气电池，其特征在于，采用生物质衍生多孔碳材料作为锌-空气电池的阴极材料。2.根据权利要求1所述的锌-空气电池，其特征在于，所述生物质衍生多孔碳材料的制备方法包括：将生物质粉末与碳酸氢钾混合在一起，并置于管式炉中以400～800℃进行高温煅烧，然后将煅烧后产物研磨成粉末，并采用盐酸溶液进行洗涤，再进行抽滤，并用去离子水洗涤至中性后干燥，从而制得生物质衍生多孔碳材料。3.根据权利要求2所述的锌-空气电池，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海民，赵翠娇，刘国强，张显，赵惠军，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：安徽,34