CN209434030U - 一种基于海水电解质的超级电容电池 - Google Patents
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Abstract
本实用新型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。本实用新型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。
Description
技术领域
本实用新型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。
实用新型内容
本实用新型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，本实用新型采用的技术方案是：
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。
本实用新型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：
充电时，正极：NaMO2 - xe- ═ Na1-xMO2 + xNa+，负极：xNa+ + xe- + 6C →NaxC6(吸附)；
放电时，正极：Na1-xMO2 + xNa+ + xe- ═ NaMO2，负极：NaxC6 (吸附) - xe- →xNa+ + 6C。
优选地，所述有机钠盐为普鲁士蓝Na2NiFe(CN)6。
优选地，所述正极由可变价钠盐、导电剂、粘结剂和集流体制备得到。
优选地，所述负极由电容级活性炭、导电剂、粘结剂和集流体制备得到。
所述导电剂和粘结剂可以采用本领域常规的导电剂和粘结剂。所述集流体可以采用镍网。
正极的可变价钠盐采用Na2MnO2时，制作正极可采用如下步骤：将Na2MnO2、导电剂和粘结剂混合搅拌均匀，然后填充至镍网表面，并连接出导线。正极中导电剂和粘结剂与正极总质量的百分比分别为2%~15%和2%~15%。
制作负极可采用如下步骤：将电容级活性炭材料、导电剂和粘结剂混合搅拌均匀，然后压制在镍网上，再将该镍网包覆到阳离子交换膜表面，并连接出导线。负极中导电剂和粘结剂与负极总质量的百分比分别为2%~15%和2%~6%。
优选地，所述电解质为氢氧化钠和/或钠盐。优选地，所述钠盐为硫酸钠。
优选地，所述阳离子交换膜为圆筒状，两端采用封口隔离盖封装；
所述正极和电解质设置于所述阳离子交换膜内侧；
所述负极设置于所述阳离子交换膜外侧。
优选地，所述正极为圆柱状。
优选地，所述负极为圆筒状，所述负极套设在阳离子交换膜外侧。
优选地，所述负极与阳离子交换膜匹配。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
本实用新型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。
同时，该超级电容电池的负极采用电容级活性炭材料，性能稳定，可直接浸泡于海水中不被腐蚀；海水可作为电解液给超级电容电池补充水分和钠离子，延长使用寿命。
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。
附图说明
图1为实施例1的超级电容电池的结构示意图。
图2为实施例1的超级电容电池进行充放电时离子交换示意图。
图中，1、正极；2、阳离子交换膜；21、封口隔离盖；3、负极；4、海水。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步的说明。
本实用新型实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
此外，若有“第一”、“第二”等术语仅用于描述目的，主要是用于区分不同的装置、元件或组成部分（具体的种类和构造可能相同也可能不同），并非用于表明或暗示所指示装置、元件或组成部分的相对重要性和数量，而不能理解为指示或者暗示相对重要性。
实施例中的原料均可通过市售得到；
除非特别说明，本实用新型采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
实施例1
一种基于海水电解质的超级电容电池，如图1所示，包括含有可变价钠盐的正极1、含有电容级活性炭材料的负极3和用于隔离正极1与负极3的阳离子交换膜2；阳离子交换膜2靠近正极1的一侧设有用于导电的含有钠离子的电解质。
超级电容电池工作时，负极3直接浸泡于海水4，海水通过阳离子交换膜2后与正极1接触。
本实施例中，具体结构为：阳离子交换膜2为圆筒状，两端采用封口隔离盖21封装；正极1和电解质设置于阳离子交换膜2内侧；负极3设置于阳离子交换膜2外侧。正极1为圆柱状。负极3为圆筒状，负极3套设在阳离子交换膜2外侧。
可变价钠盐为Na2MnO2。电解质为硫酸钠。
制作正极可采用如下步骤：将Na2MnO2、导电剂和粘结剂混合搅拌均匀，然后填充至镍网表面，并连接出导线。正极中导电剂和粘结剂与正极总质量的百分比分别为2%~15%和2%~15%。
制作负极可采用如下步骤：将电容级活性炭材料、导电剂和粘结剂混合搅拌均匀，然后压制在镍网上，再将该镍网包覆到阳离子交换膜表面，并连接出导线。负极中导电剂和粘结剂与负极总质量的百分比分别为2%~15%和2%~6%。
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。
工作时正极和负极发生的反应如下：
充电时，正极：NaMO2 - xe- ═ Na1-xMO2 + xNa+，负极：xNa+ + xe- + 6C →NaxC6(吸附)；
放电时，正极：Na1-xMO2 + xNa+ + xe- ═ NaMO2，负极：NaxC6 (吸附) - xe- →xNa+ + 6C。
本实施例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。
该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。
同时，该超级电容电池的负极采用电容级活性炭材料，性能稳定，可直接浸泡于海水中不被腐蚀；海水可作为电解液给超级电容电池补充水分和钠离子，延长使用寿命。
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。
显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种基于海水电解质的超级电容电池，其特征在于，包括含有可变价钠盐的正极（1）、含有电容级活性炭材料的负极（3）和用于隔离所述正极（1）与负极（3）的阳离子交换膜（2）；所述阳离子交换膜（2）靠近正极（1）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（3）直接浸泡于海水（4），海水（4）通过所述阳离子交换膜（2）后与正极（1）接触。
2.根据权利要求1所述的超级电容电池，其特征在于，所述阳离子交换膜（2）为圆筒状，两端采用封口隔离盖（21）封装；
所述正极（1）和电解质设置于所述阳离子交换膜（2）内侧；
所述负极（3）设置于所述阳离子交换膜（2）外侧。
3.根据权利要求2所述的超级电容电池，其特征在于，所述正极（1）为圆柱状。
4.根据权利要求2所述的超级电容电池，其特征在于，所述负极（3）为圆筒状，所述负极（3）套设在阳离子交换膜（2）外侧。
5.根据权利要求4所述的超级电容电池，其特征在于，所述负极（3）与阳离子交换膜（2）匹配。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN201920145012.1U CN209434030U (zh) | 2019-01-28 | 2019-01-28 | 一种基于海水电解质的超级电容电池 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN201920145012.1U CN209434030U (zh) | 2019-01-28 | 2019-01-28 | 一种基于海水电解质的超级电容电池 |
Publications (1)
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| CN209434030U true CN209434030U (zh) | 2019-09-24 |
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| CN201920145012.1U Active CN209434030U (zh) | 2019-01-28 | 2019-01-28 | 一种基于海水电解质的超级电容电池 |
Country Status (1)
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| CN (1) | CN209434030U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109686588A (zh) * | 2019-01-28 | 2019-04-26 | 广东海洋大学 | 一种基于海水电解质的超级电容电池 |
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2019
- 2019-01-28 CN CN201920145012.1U patent/CN209434030U/zh active Active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN109686588A (zh) * | 2019-01-28 | 2019-04-26 | 广东海洋大学 | 一种基于海水电解质的超级电容电池 |
| CN109686588B (zh) * | 2019-01-28 | 2024-02-13 | 广东海洋大学 | 一种基于海水电解质的超级电容电池 |
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