【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电化学还原氮气制氨，涉及一种基于二极管和叉指电极的li-n2/h2电池及基于该电池电化学合成氨的方法。
技术介绍
1、氨(nh3)是化肥生产的关键原料之一，对于农业生产至关重要。化肥中的氨能够为作物提供氮元素，促进其生长发育，提高产量和品质，从而为全球粮食安全和农产品供应做出贡献。此外，氨也是一种重要的储能和储氢介质，在能源转型和氢能经济发展中具有重要作用。其高能量密度、相对较低的存储和运输成本、安全性高以及终端使用时无碳排放的特点，使其成为替代传统燃料的有力竞争者。未来，随着可再生能源的广泛应用和氢能技术的发展，氨作为能源载体和储能媒介的应用前景广阔。
2、相比传统的哈伯-博施工艺，电催化n2还原合成氨无需高温高压条件，能够显著降低能源消耗，这有助于减少对化石燃料的依赖，降低温室气体排放，促进可持续发展和环境保护。而锂-氮气电池(li-n2)因其能够在常温常压下固定氮气、实现能量存储和转换的优势而备受瞩目。但目前制备锂-氮气电池在产氨的过程中会面临存在副反应的过程，从而降低了产氨的产率和纯度。
技术实现思路
1、针对这个问题，本专利技术提供了基于二极管和叉指电极的li-n2/h2电池及基于该电池电化学合成氨的方法，所述合成氨的方法利用二极管的选择性特点，能够防止电极在充放电过程中副反应的产生，从而直接促进了氨的生成，彰显了其潜在的应用价值。本专利技术方法采用叉指型电极的设计，使所述电池不仅有效提高了氢质子和lin3的耦合效率，还实现了在常温常压下电催化将
2、本专利技术的技术方案如下：
3、一种li-n2/h2电池，其中所述电池包括一个负极和两个正极，所述负极为li，在负极和两个正极的连接线上分别连接有一个二极管，且二极管的方向相反；
4、所述正极为金属单质，或者为负载有金属单质的多孔金属材料。
5、本专利技术中，所述正极为本领域电池常用的条状电极。
6、根据本专利技术的实施方案，所述正极均为叉指电极。
7、根据本专利技术的实施方案，两个叉指电极分别为第一叉指电极和第二叉指电极，所述第一叉指电极包括第一汇流条电极和多组第一指条；多组第一指条均与第一汇流条电极垂直；
8、所述第二汇流条电极包括第二汇流条电极和多组第二指条；多组第二指条均与第二汇流条电极垂直；
9、多组第一指条和多组第二指条依次间隔设置。
10、根据本专利技术的实施方案，所述第一汇流条电极与二极管连接；所述第二汇流条电极与二极管连接。
11、根据本专利技术的实施方案，相邻的第一指条和第二指条的间距为0.2～0.4cm。即多组第一指条和多组第二指条依次间隔设置为0.2～0.4cm。
12、本专利技术中，汇流条电极和指条作为一个整体存在。
13、根据本专利技术的实施方案，所述金属单质选自铂、镍、钌、铑、金、钴、钼、铜中的一种或多种。
14、根据本专利技术的实施方案，多孔金属材料为泡沫铜、泡沫镍、不锈钢等。
15、根据本专利技术的实施方案，所述电池采用的电解质选自四氢呋喃(thf)、1，4-二氧六环、碳酸二甲酯(dmc)、碳酸二乙酯(dec)、碳酸乙烯酯(ec)、乙二醇二甲醚(dme)、1，3-二氧戊环(dol)、四乙二醇二甲醚(tegdme)中的至少一种。
16、本专利技术还提供上述li-n2/h2电池的制备方法，所述方法为：将负极、两个正极和两个二极管组装，得到所述电极。
17、根据本专利技术的实施方案，所述方法中还加入了电解质。
18、本专利技术还提供上述li-n2/h2电池在电化学合成氨中的应用。
19、一种电化学合成氨的方法，所述方法包括：
20、向上述li-n2/h2电池中通入n2和h2的混合气体，对所述电池充电和放电，制备得到氨。
21、根据本专利技术的实施方案，所述n2的通入速率为0.2～0.4l·h-1。
22、根据本专利技术的实施方案，所述h2的通入速率为0.2～0.4l·h-1。
23、根据本专利技术的实施方案，所述合成氨的方法，包括如下步骤：
24、(1)在放电条件下，在第一叉指电极处通入n2，生成li3n；
25、(2)在充电条件下，在第二叉指电极处通入h2，氢质子与第一步制备得到的li3n结合生成nh3。
26、根据本专利技术的实施方案，步骤(2)优选在无水无氧的环境中进行。
27、根据本专利技术的实施方案，步骤(1)生成li3n的反应如下述式1所示：
28、6li++n2+6e-→2li3n 式1。
29、根据本专利技术的实施方案，步骤(2)的反应如下述式2和式3所示：
30、h2-2e-→2h+ 式2；
31、lin3+3h+→nh3+3li+ 式3。
32、本专利技术的有益效果：
33、1.本专利技术的基于二极管和叉指电极的li-n2/h2电池，采用两个二极管可以选择性的控制反应，有效防止充放电过程中电极产生副反应，从而直接简单的促进了nh3的制备，具有潜在的应用价值。
34、2.本专利技术方法使用叉指电极可以有效提高氢质子和lin3的耦合效率。
35、3.本专利技术的基于二极管和叉指电极的li-n2/h2电池电化学合成氨的方法，以金属锂作为负极，以金属单质或者为负载有金属单质的多孔金属材料作为两个正极，在负极和两个正极的连接线上分别连接有一个二极管，并采用有机溶剂为电解质，高效率的进行氮还原过程(nrr)与氢氧化过程(hor)，实现了常温常压下电化学催化将氮气和氢气合成得到氨气，工艺简单，高效且成本较低。
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1.一种Li-N2/H2电池，其特征在于，所述电池包括一个负极和两个正极，所述负极为Li，在负极和两个正极的连接线上分别连接有一个二极管，且二极管的方向相反；
2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述正极均为叉指电极。
3.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述金属单质选自铂、镍、钌、铑、金、钴、钼、铜中的一种或多种；
4.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述电池采用的电解质选自四氢呋喃、1，4-二氧六环、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸乙烯酯、乙二醇二甲醚、1,3-二氧戊环、四乙二醇二甲醚中的至少一种。
5.权利要求1-4任一项所述的电池在电化学合成氨中的应用。
6.一种电化学合成氨的方法，其特征在于，所述方法包括：向权利要求1-4任一项所述的Li-N2/H2电池中通入N2和H2的混合气体，对所述电池充电和放电，制备得到氨。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述N2的通入速率为0.2～0.4L·h-1。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述H2的通入速率为0.2～
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述合成氨的方法，包括如下步骤：
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤(2)在无水无氧的环境中进行。
...【技术特征摘要】
1.一种li-n2/h2电池，其特征在于，所述电池包括一个负极和两个正极，所述负极为li，在负极和两个正极的连接线上分别连接有一个二极管，且二极管的方向相反；
2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述正极均为叉指电极。
3.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述金属单质选自铂、镍、钌、铑、金、钴、钼、铜中的一种或多种；
4.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述电池采用的电解质选自四氢呋喃、1，4-二氧六环、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸乙烯酯、乙二醇二甲醚、1,3-二氧戊环、四乙二醇二甲醚中的至少一种。
5.权利要求1-4任一项...
【专利技术属性】
技术研发人员：王要兵，张祥，郭伟强，
申请(专利权)人：中国科学院福建物质结构研究所，
类型：发明
国别省市：
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