一种锌粉电解装置及电解方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种锌粉电解装置及电解方法，所述电解装置包括：反应釜；与所述出液管连接的第一换热器；与所述第一换热器出口连接的第一储液罐；通过第一泵及第一输液管道与所述第一储液罐连接的第二储液罐，所述第二储液罐通过第三泵及回流管道与所述回流孔连接；通过第二泵及第二输液管道与所述第二储液罐连接的至少一个电解槽，所述电解槽位于台架上，所述电解槽通过所述溢流口和溢流管道与所述第二储液罐连接，所述溢流管道上连接有第二换热器。通过本发明专利技术提供的一种锌粉电解装置及电解方法，解决了现有技术中因制得的锌粉颗粒大、比表面积小、锌粉活性低等缺点无法应用在锌空气燃料电池上的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锌空气燃料电池的设计领域，特别是涉及一种锌粉电解装置及电解方法。
技术介绍
新能源和新能源汽车已被《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》明确规划为国家重点发展的前沿技术，对我国能源、交通和国防等领域快速发展和相关战略新兴产业的形成与发展具有重大意义。目前使用的车用动力电池中锂离子电池仍存在安全隐患，而氢燃料电池成本高，因此，迫切需要发展高安全性、较低成本、高比能量的动力电池。锌空气燃料电池主要由空气电极、锌电极、电解液和隔膜组成，以空气中的氧气作为正极活性物质、金属锌作为负极活性物质，使用碱性电解液。空气中的氧通过空气电极的防水透气层扩散到催化层，在催化剂与电解液的界面上发生电化学还原反应，同时锌电极进行电化学氧化反应，产生电流。与其它电池相比，锌空气燃料电池有着独特的特点：(1)电池比容量较大，比能量较高，实际上可以达到150～300Wh/kg。(2)使用简单，安全性好，锌空燃料电池可连续放电，且不怕过放，免维护。(3)价格便宜，零污染，可再生，在使用中锌空气电池的正极消耗氧气，且正极采用的是低成本的非贵金属催化剂；负极消耗锌，负极物质放电完毕后变成氧化锌，可通过电解还原成锌，重新用作负极活性物质，这样不仅大大降低了使用成本，同时提高了对资源的有效利用。(4)放电电压平稳，放电时空气电极催化剂本身不发生变化，锌电极电压平稳。(5)锌空气燃料电池由于采用的是水溶液电解质，不存在燃烧、爆炸的隐患，安全性高。鉴于锌空气燃料电池低成本(制造成本低至～1.5元/Wh)、高安全性、较高比能量≥150Wh/kg等优势非常适合作为新能源汽车等电池，市场前景极为广阔。众所周知，电解锌粉过程中，电解电流、电解质浓度以及温度将直接影响电解所得锌粉的性状，包括粒度、比表面积等。目前市场上的锌粉均存在颗粒大、比表面积小、锌粉活性低等特点，无法应用在锌空气燃料电池上。鉴于此，有必要设计一种新的锌粉电解装置及电解方法来解决上述问题。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种锌粉电解装置及电解方法，解决了现有技术中因制得的锌粉颗粒大、比表面积小等缺点无法应用在锌空气燃料电池上的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种锌粉电解装置及电解方法，所述电解装置包括：反应釜，所述反应釜包括釜体，位于所述釜体上方的回流孔、加料口，与所述釜体连接的搅拌桨、第四温度传感器，位于所述釜体下方的出液管以及位于所述出液管上的球阀；与所述出液管连接的第一换热器；与所述第一换热器出口连接的第一储液罐，所述第一储液罐包括第一罐体、位于所述第一罐体上方的第一排气孔、以及与所述第一罐体连接的第一温度传感器；通过第一泵及第一输液管道与所述第一储液罐连接的第二储液罐，所述第二储液罐包括第二罐体、位于所述第二罐体上方的第二排气孔、以及与所述第二罐体连接的第二温度传感器，所述第二储液罐通过第三泵及回流管道与所述回流孔连接；通过第二泵及第二输液管道与所述第二储液罐连接的至少一个电解槽，所述电解槽位于台架上，所述电解槽包括槽体，与所述槽体连接的阴极、阳极、第三温度传感器，以及位于所述槽体上方的溢流口，所述电解槽通过所述溢流口和溢流管道与所述第二储液罐连接，所述溢流管道上连接有第二换热器。优选地，所述电解槽的数量为2个，所述2个电解槽分别与所述第二输液管道连接，且所述溢流口分别与溢流管道连接。优选地，所述电解装置还包括位于所述电解槽上方的排风罩。优选地，所述台架为可升降台架。优选地，所述反应釜为带有加热功能的反应釜，所述反应釜为搪瓷反应釜、玻璃反应釜或不锈钢反应釜中的一种。优选地，所述第一、第二换热器中的换热介质为自来水，所述第一、第二换热器为板式换热器或列管换热器中的一种。优选地，所述第一、第二储液罐为聚丙烯储液罐或聚乙烯储液罐中的一种。优选地，所述第一、第二、第三泵均为磁力泵。优选地，所述电解槽为聚丙烯电解槽、聚乙烯电解槽或聚氯乙烯电解槽中的一种。优选地，阴极为金属镍或金属镁的一种，所述阳极为金属镍或金属镁的一种。本专利技术还提供一种锌粉电解方法，所述锌粉电解方法包括：S1：向反应釜中加入体积为V1的去离子水，温度为T1、质量为M1的KOH溶液，及质量为M2的ZnO粉末，通过搅拌桨使所述ZnO粉末完全溶解，按化学反应式2KOH+ZnO+H2O＝K2[Zn(OH)4]进行化学反应，所得KOH和K2[Zn(OH)4]的混合溶液中Zn(OH)42-的浓度为C1；S2：将S1中得到的溶液经第一换热器流入第一储液罐中，此时第一储液罐内Zn(OH)42-的浓度为C1，温度为T2；S3：将第一储液罐内的溶液通过第一泵及第一输液管道抽入至第二储液罐内作为电解母液，此时第二储液罐内Zn(OH)42-的浓度为C1，温度为T2；S4：向反应釜中加入体积为V1的去离子水，温度为T1、质量为M1的KOH溶液，及质量为M3的ZnO粉末，并通过搅拌桨使所述ZnO粉末完全溶解，按化学反应式2KOH+ZnO+H2O＝K2[Zn(OH)4]进行化学反应，所得KOH和K2[Zn(OH)4]的混合溶液中Zn(OH)42-的浓度为C2；S5：将S4中得到的溶液经第一换热器流入第一储液罐中作为电解补充溶液，此时第一储液罐内Zn(OH)42-的浓度为C2，温度为T2；S6：将第二储液罐内的电解母液通过第二泵及第二输液管道抽入至电解槽中，溶液流量为Q1，在电解槽的阴阳极之间施加电流I，使阴极按化学反应式Zn(OH)42-+2e＝Zn+4OH-进行化学反应，阳极按化学反应式4OH--4e＝H2O+O2进行化学反应，此时电解槽中溶液的温度为T3；S7：当电解槽中溶液的液位达到溢流口的高度时，电解槽中的溶液通过溢流管道及第二换热器流入第二储液罐中，此时溢流溶液的流量为Q1、温度为T2、Zn(OH)42-的浓度为C3，此时第一储液罐中的电解补充溶液通过第一泵及第一输液管道抽入第二储液罐中，溶液流量为Q2，第二储液罐中溢流溶液与电解补充溶液满足(Q1*C3+Q2*C2)/(Q1+Q2)＝C1；S8：当第二储液罐中溶液的体积达到V2时，通过第三泵及回流管道将第二储液罐中的溶液抽入至反应釜中，直至反应釜中溶液的体积达到V3时，停止第三泵，通过反应釜将溶液的温度升高至T1，并向反应釜中补充质量为M4的ZnO粉末，通过搅拌桨使所述ZnO粉末完全溶解，按化学反应式2KOH+ZnO+H2O＝K2[Zn(OH)4]进行化学反应，所得本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锌粉电解装置，其特征在于，所述电解装置包括：反应釜，所述反应釜包括釜体，位于所述釜体上方的回流孔、加料口，与所述釜体连接的搅拌桨、第四温度传感器，位于所述釜体下方的出液管以及位于所述出液管上的球阀；与所述出液管连接的第一换热器；与所述第一换热器出口连接的第一储液罐，所述第一储液罐包括第一罐体、位于所述第一罐体上方的第一排气孔、以及与所述第一罐体连接的第一温度传感器；通过第一泵及第一输液管道与所述第一储液罐连接的第二储液罐，所述第二储液罐包括第二罐体、位于所述第二罐体上方的第二排气孔、以及与所述第二罐体连接的第二温度传感器，所述第二储液罐通过第三泵及回流管道与所述回流孔连接；通过第二泵及第二输液管道与所述第二储液罐连接的至少一个电解槽，所述电解槽位于台架上，所述电解槽包括槽体，与所述槽体连接的阴极、阳极、第三温度传感器，以及位于所述槽体上方的溢流口，所述电解槽通过所述溢流口和溢流管道与所述第二储液罐连接，所述溢流管道上连接有第二换热器。

【技术特征摘要】
1.一种锌粉电解装置，其特征在于，所述电解装置包括：
反应釜，所述反应釜包括釜体，位于所述釜体上方的回流孔、加料口，与所述釜体连接
的搅拌桨、第四温度传感器，位于所述釜体下方的出液管以及位于所述出液管上的球阀；
与所述出液管连接的第一换热器；
与所述第一换热器出口连接的第一储液罐，所述第一储液罐包括第一罐体、位于所述
第一罐体上方的第一排气孔、以及与所述第一罐体连接的第一温度传感器；
通过第一泵及第一输液管道与所述第一储液罐连接的第二储液罐，所述第二储液罐包
括第二罐体、位于所述第二罐体上方的第二排气孔、以及与所述第二罐体连接的第二温度
传感器，所述第二储液罐通过第三泵及回流管道与所述回流孔连接；
通过第二泵及第二输液管道与所述第二储液罐连接的至少一个电解槽，所述电解槽位
于台架上，所述电解槽包括槽体，与所述槽体连接的阴极、阳极、第三温度传感器，以及位于
所述槽体上方的溢流口，所述电解槽通过所述溢流口和溢流管道与所述第二储液罐连接，
所述溢流管道上连接有第二换热器。
2.根据权利要求1所述的锌粉电解装置，其特征在于，所述电解槽的数量为2个，所述2
个电解槽分别与所述第二输液管道连接，且所述溢流口分别与溢流管道连接。
3.根据权利要求1所述的锌粉电解装置，其特征在于，所述电解装置还包括位于所述电
解槽上方的排风罩。
4.根据权利要求1所述的锌粉电解装置，其特征在于，所述台架为可升降台架。
5.根据权利要求1所述的锌粉电解装置，其特征在于，所述反应釜为带有加热功能的反
应釜，所述反应釜为搪瓷反应釜、玻璃反应釜或不锈钢反应釜中的一种。
6.根据权利要求1所述的锌粉电解装置，其特征在于，所述第一、第二换热器中的换热
介质为自来水，所述第一、第二换热器为板式换热器或列管换热器中的一种。
7.根据权利要求1所述的锌粉电解装置，其特征在于，所述第一、第二储液罐为聚丙烯
储液罐或聚乙烯储液罐中的一种。
8.根据权利要求1所述的锌粉电解装置，其特征在于，所述第一、第二、第三泵均为磁力
泵。
9.根据权利要求1所述的锌粉电解装置，其特征在于，所述电解槽为聚丙烯电解槽、聚
乙烯电解槽或聚氯乙烯电解槽中的一种。
10.根据权利要求1所述的锌粉电解装置，其特征在于，阴极为金属镍或金属镁的一种，
所述阳极为金属镍或金属镁的一种。
11.一种利用如权利要求1所述锌粉电解装置进行的锌粉电解方法，其特征在于，所述
锌粉电解方法包括：
S1：向反应釜中...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪保国，杨辉，田丰，
申请(专利权)人：中国科学院上海高等研究院，
类型：发明
国别省市：上海;31