专业小程序设计开发——助力新电商新零售

电话+V：159999-78052，欢迎咨询重庆电力电源系统户外锂电充电柜功能性强吗，[小程序设计与开发]，[小程序投流与推广]，[小程序后台搭建]，[小程序整套源码打包]，[为个体及小微企业助力]，[电商新零售模式]，[小程序运营推广及维护]

一、重庆斯丘尔直流屏定做

直流屏和UPS的区别

直流屏的作用是当厂用电中断时通过双电源开关迅速的提供可靠的备用电源，还有供给高压开关的操作电源等。UPS的作用就是将直流电源转换成交流电供给DCS或其他装置电脑等，重庆斯丘尔直流屏定做。

直流屏和直流电源的区别

直流屏是蓄电池和智能充电器的完美的统一体，重庆斯丘尔直流屏定做，它的自动化程度很高功能较多在电力系统内应用比较普遍；直流电源主要指各类干电池也包括各类电气设备内外的经过整流滤波的直流部分可以说是五花八门多种多样有些质量较差，重庆斯丘尔直流屏定做。直流屏的固定宜采用螺栓连接，应注意不得损伤屏体。重庆斯丘尔直流屏定做

直流屏主要特点：

采用开关电源的模块化设计，N+1热备份。

充电模块可以带电热插拔，平均维护时间大幅度减少。

动力母线和控制母线可以由充电模块单独直接供电，可以通过降压装置热备份。

硬件低差自主均流技术，模块间输出电流比较大不平衡度优于5%。

可靠的防雷和电气绝缘措施，绝缘监测装置能够实时监测系统绝缘情况，确保系统和人身安全。

系统设计采用IEC，UL等国际标准，可靠性与安全性有充分保证。

现代电力电子与计算机网络技术相结合，提供对电源系统的“遥测、遥控、遥信、遥调”的支持，实现无人值守。

蓄电池自动管理及保护，实时自动检测蓄电池的端电压、充电放电电流，并对蓄电池的均浮充电进行智能能控制，设有电池过欠压和充电过流声光告警。

系统采用监控装置内置绝缘监察、电池检测、接地选线、电池活化、硅链调压、信号等功能单元，大力方便用户使用；系统采用独有的“通”接线技术，大力方便大容量直流系统的屏内接线，方便用户维护。重庆艾默生直流屏直流屏系统为远程检测和控制提供了强大的功能，并具有遥控、遥调、遥测、遥信功能和远程通讯接口。

直流屏在卸装、搬运过程中应该设专人负责统一指挥，指挥人员发出的指挥信号必须清晰、准确，搬运过程应缓慢移动，防止严重的冲击和震荡，以免损坏柜体、构件或伤人。

对于易脱落、难固定或者容易倾倒损坏的门、屏柜内的设备等，一般应拆下分开运输。

直流屏的固定宜采用螺栓连接，应注意不得损伤屏体。

实施电焊时，应注意防止弧光伤害周围人员的眼睛，必要时候可在周围设置挡光屏。

在潮湿的地方进行电焊工作，焊工必须站在干燥的木板上或穿绝缘鞋。

直流屏电源设备的日常保养与维护也是十分必要的，可以提升直流屏电源设备的使用寿命，保证直流屏电源设备的使用性能。日常保养与维护应结合电流电压的指示灯状况，进行有针对性的检查。运行监控人员设立好完善的监控制度，定时、定点、定期来针对蓄电池组的状态进行检查与清理，主要查看蓄电池是否存在漏液现象、蓄电池的连接点是否严密、蓄电池漏液是否发热、连接点是否氧化、保持清洁等问题，可以有针对性地采取保养和维护措施。直流屏是蓄电池和智能充电器的完美的统一体，它的自动化程度很高功能较多在电力系统内应用比较普遍；

直流屏中的端电池是什么意思

就是电压调节的备用电池

以前直流装置得蓄电池分为两组，一组是基本级，供正常负荷时用，一组为端电池，供故障时调节直流母线电压用的，比如基本电池用得过多，造成直流母线的电压下降过多时，通过调节装置将端电池投上去，维持直流母线的电压水平。

现在《DL/T5044-2004电力工程直流系统设计技术规程〉中：第3款3.0.10端电池terminalbattery:蓄电池组中基本电池子之外的蓄电池

1直流电源中规定；4.1.6铅酸蓄电池组不宜设置端电池（没有端电池就是无端电池了）；镉镍碱性蓄电池组宜减少端电池得个数。不可避免地在直流稳定量多少和一些交流成份，这种叠加在直流稳定量上的交流分量称为涟漪。重庆艾默生直流屏

直流屏电源输出纹波的大小与直流屏电源的输出电压电流有很大关系，直流屏电源功率越大纹波越大。重庆斯丘尔直流屏定做

直流屏是一种全新的数字化控制、保护、管理、测量的新型直流系统。监控主机部分高度集成化，采用单板结构（Allinone），内含绝缘监察、电池巡检、接地选线、电池活化、硅链稳压、微机信号等功能。主机配置大液晶触摸屏，各种运行状态和参数均以汉字显示，整体设计方便简洁，人机界面友好，符合用户使用习惯。直流屏系统为远程检测和控制提供了强大的功能，并具有遥控、遥调、遥测、遥信功能和远程通讯接口。通过远程通讯接口可在远方获得直流电源系统的运行参数，还可通过该接口设定和修改运行状态及定值，满足电力自动化和电力系统无人值守变电站的要求；配有标准RS232/485串行接口和以太网接口，可方便纳入电站自动化系统。重庆斯丘尔直流屏定做

二、绵阳艾默生直流屏生产商

直流屏的基本功能

直流屏电源设备作为直流系统中的重要部分，主要有交流进线系统、电源双路互投系统、直流分配系统等多个系统部分组成，具备“后备电源”这一主要功能。在交流断电之后，仍然可以持续为电力用户形成电力输出，实现应急电源的有效提供。而操作电源功能则体现在对于断路器分合闸操作的供电形式，绵阳艾默生直流屏生产商，绵阳艾默生直流屏生产商，能够加强对于仪器仪表、继电保护等电源的控制。直流屏电源设备也能够供给通讯电源、载波电源以及交流UPS等多种形式，绵阳艾默生直流屏生产商，是目前直流电源系统运行的基础载体。直流屏是蓄电池和智能充电器的完美的统一体，它的自动化程度很高功能较多在电力系统内应用比较普遍；绵阳艾默生直流屏生产商

盘柜安装作业程序

直流屏在卸装、搬运过程中应该设专人负责统一指挥，指挥人员发出的指挥信号必须清晰、准确，搬运过程应缓慢移动，防止严重的冲击和震荡，以免损坏柜体、构件或伤人。

对于易脱落、难固定或者容易倾倒损坏的门、屏柜内的设备等，一般应拆下分开运输。

直流屏的固定宜采用螺栓连接，应注意不得损伤屏体。

实施电焊时，应注意防止弧光伤害周围人员的眼睛，必要时候可在周围设置挡光屏。

在潮湿的地方进行电焊工作，焊工必须站在干燥的木板上或穿绝缘鞋重庆万正直流屏直流屏是一种全新的数字化控制、保护、管理、测量的新型直流系统。

直流系统是应用于水力、火力发电厂，各类变电站和其它使用直流设备的用户，为给信号设备、保护、自动装置、故障照明、应急电源及断路器分、合闸操作提供直流电源的电源设备。直流系统是一个的电源，它不受发电机、厂用电及系统运行方式的影响，并在外部交流电中断的情况下，保证由后备电源—蓄电池继续提供直流电源的重要设备。直流屏的可靠性、安全性直接影响到电力系统供电的可靠性和安全性。直流系统是以电池容量标称，如65AH，100AH常用名称:GZDW-65AH，GZDW-100AH。

直流系统的用途

普遍应用于水力、火力发电厂，各类变电站和其它使用直流设备的用户(如发电厂、变电站、配电站、石化、钢铁、电气化铁路、房地产等)，为信号设备、保护、自动装置、故障照明及断路器分、合闸操作提供直流电源，它也同样普遍的应用于通信部门、计算机房、医院、矿井、宾馆，以及高层建筑的可靠应急电源，用途十分普遍。还有直流系统的心脏是蓄电池，对蓄电池进行科学的维护是直流系统的中心工作。

直流系统的组成

直流系统主要由两大部份组成。一部份是电池屏，另一部份是直流充电屏（直流屏）。电池屏就是一个可以摆放多节电池的机柜（800×600×2260）。电池屏中的电池一般是由2V-12V的电池以9节到108节串联方式组成，对应电的电压输出也就是110V或220V。目前使用的电池主要是阀控式密封免维护铅酸电池。直流屏主要是由机柜、整流模块系统、监控系统、绝缘监测单元、电池巡检单元、开关量检测单元、降压单元及一系列的交流输入、直流输出、电压显示、电流显示等配电单元。结合目前直流屏电源设备的日常管理方法、日常维护方法、常见故障处理方式，提升直流屏电源设备的使用性能。

可靠的防雷和高度的电气绝缘防护措施，绝缘监测装置实时监测系统绝缘情况，确保系统和人身安全；

监控模块采用大屏幕液晶触摸屏显示，真人语音告警；

监控程序采用面向对象的设计思想，模块化编程，有利于程序维护与升级；

直流屏监控装置图片

可通过监控模块进行系统各部分的参数设置，具有详细的在线帮助功能；

具备平滑调节输出电压和电流，蓄电池自动温度补偿等先进功能；

现代电力电子技术与计算机技术相结合，实现对电源系统的“遥测、遥控、遥信、遥调”以及实现无人值守；

蓄电池自动管理及保护，实时自动监测蓄电池的端电压，充、放电电流，并控制蓄电池的均充和浮充，设有电池过欠压和充电过流声光告警。

装置可通过公共电话线进行程序支持，实现远程维护诊断。直流输出端空气开关脱扣或硅整流器直流输出端快熔熔断更换同规格的快熔或合上空气开关，故障消除；重庆万正直流屏

直流屏系统具有“四遥”功能（遥控、遥调、遥测和遥信）和远程通讯接口，远程检测和控制提供强而有力支持。绵阳艾默生直流屏生产商

采用开关电源的模块化设计，N+1热备份。

充电模块可以带电热插拔，平均维护时间大幅度减少。动力母线和控制母线可以由充电模块单独直接供电，可以通过降压装置热备份。硬件低差自主均流技术，模块间输出电流较大不平衡度优于5%。可靠的防雷和电气绝缘措施，绝缘监测装置能够实时监测系统绝缘情况，确保系统和人身安全。系统设计采用IEC，UL等国际标准，可靠性与安全性有充分确保。系统设计采用IEC，UL等国际标准，可靠性与安全性有充分确保。直流屏电源一般是由交流电源经整流稳压等环节而形成的，这不可避免地在直流稳定量多少和一些交流成份，这种叠加在直流稳定量上的交流分量称为涟漪。

绵阳艾默生直流屏生产商

重庆大学：具有高浓度氨腔室的立式热再生氨电池性能特性

文章信息

具有高浓度氨腔室的立式热再生氨电池性能特性

卢志强1，2，石雨1，2，陈鹏宇1，2，张亮1，2，李俊1，2，付乾1，2，朱恂1，2，廖强1，2

1重庆大学低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室，重庆400030；2重庆大学工程热物理研究所，重庆400030

引用本文

卢志强，石雨，陈鹏宇，等.具有高浓度氨腔室的立式热再生氨电池性能特性[J].化工进展，2024，43(3):1224-1231.

DOI：10.16085/j.issn.1000-6613.2023-0417

摘要

热再生电池（thermallyregenerativeammonia-basedbattery，TRAB）可有效地将低温热能转化为电能，但其较为严重的氨渗透现象严重影响电池的产电稳定性。本文通过可视化证明了TRAB阳极氨与电解液的自分层现象，基于此构建了一种具有高浓度氨腔室的立式热再生氨电池，通过构建高浓度氨腔室和阳极氨传输阻挡层来调控氨分布，从而缓解电池中氨渗透过程。研究结果表明，与常规结构的热再生氨电池相比，具有氨腔室的热再生电池通过调控阳极氨分布解决了氨渗透的问题，在较高氨浓度（6mol/L）条件下获得了更高的输出功率、产电量以及更稳定的产电性能。此外，多孔泡沫铜阳极可以阻挡氨向下传输，进一步缓解氨渗透。具有合适孔隙密度（80PPI）的多孔电极在获得较大反应面积的同时保证了其内部良好的物质传输，使电池获得最佳的输出功率（10.8mW）。

化石燃料作为人类目前主要的能源来源，仍然存在利用效率较低的问题。大量的能源以低温废热（<130℃）的形式被排放。低温废热的回收利用可以有效提升能源利用效率，缓解全球日益严重的能源危机和温室效应。其中将低温废热转化成电能具有十分广阔的应用前景。有学者提出热再生氨电池（thermallyregenerativeammonia-basedbatteries，TRAB）技术用于回收低温废热。该系统主要分为产电和热再生两个过程，产电过程中阳极铜和氨发生络合反应释放电子，阴极发生铜离子的还原。阳极液通入分离装置中利用低温废热将铜氨络合物分解成铜离子与氨气，实现热再生。热再生氨电池技术相比于已有的固态热电技术，有机朗肯循环热力发电等热电转换技术具有操作方便、运行成本低及可储存间歇式热能等优点。

自热再生电池技术提出以来，国内外的学者对其进行了大量的研究。Zhang等对于电解液温度、支持电解质及反应物浓度等操作参数进行了研究。研究发现通过提升电池的反应温度可以降低电极过电位并且提供更加有利的热力学条件从而提升电池产电性能。此外增加反应物浓度可以有效降低电池的反应内阻，增加电解质浓度可增大电解液的导电率，降低电池欧姆内阻。Zhu等为了进一步地提升输出功率，一方面提出了采用流动式热再生电池强化传质；另一方面通过合成聚苯氧基阴离子交换膜（AEM）降低电池的内阻。此外，Zhang等采用具有高孔隙率、高比表面积的三维多孔泡沫金属代替二维片状或网状电极，增大溶液离子与电极的接触面积提升电池功率密度。Rahimi等采用乙二胺代替氨，避免发生不必要的副反应提升阳极库伦效率，并采用碳银电极代替铜基电极实现了多个批次的稳定产电。Wang等开发了双金属热再生氨电池，增大了阴极与阳极电势差，从而提升电池输出功率。此外，TRAB在拓展应用方面具有巨大的潜力。目前TRAB已被证实可以有效去除含铜废水中的铜离子。Zhang等将TRAB用作第二类吸收式热泵系统中的蒸发器，实现TRAB与制热、制冷系统的耦合应用。此外，研究学者对热再生过程也进行了相关研究，Zhang等利用OLIstudio软件模拟50℃、0.1atm（1atm=101325Pa）的真空条件下热再生过程，结果显示其过程可分离饱和阳极液中97%的氨。Vicari等研究表明，当热再生温度大于90℃时，采用搅拌、持续通入空气气流等方式可强化氨气的分离，实现五个连续批次的产电/再生循环，避免了新鲜电解液的使用。石雨等进一步探究了再生反应器液面高度对热再生过程的影响，结果表明，降低加热液面高度可减小溶液平均热阻和受热温差，有效地强化了热再生性能。

然而，TRAB中存在严重的氨渗透现象，尤其是在较高的氨浓度和反应温度条件下，这是一个电池性能提升及面向拓展应用的关键瓶颈问题。氨渗透现象主要是由于TRAB阴离子交换膜两侧氨浓度梯度所致。阳极氨向阴极的跨膜渗透会导致阴极发生副反应，致使阴极性能明显下降。Lu等研究了氨渗透及其影响因素，研究表明氨渗透显著降低了TRAB性能，在一定的范围内氨渗透会随阳极氨浓度、反应电流和温度的升高而增加。Zhang等在耦合TRAB的电镀含铜离子废水处理研究中发现，在长时间处理过程中发生了氨渗透，这导致铜离子去除率仅为78.6%，Zhang等指出解决氨渗透是继续提升铜离子去除率的关键。在众多研究中，TRAB无法保持长时间的稳定产电，尤其是在较高氨浓度（≥3mol/L）条件下。当氨浓度较高时，虽然电池在产电初始阶段可以获得较高的输出功率，但氨浓度过高会加剧氨渗透使得输出功率快速下降，导致电池无法保持稳定的高输出功率。分析可知，提高浓度可强化氨向多孔阳极内的传输，但当超过一定浓度后，氨向阴极的跨膜渗透也会增强，从而导致了电池性能提升受限。因此，解决氨渗透问题是进一步提升电池最大性能和产电稳定性的关键，这对TRAB技术的实际应用具有重要意义。

为此，本文利用氨水密度小于电解液密度会产生分层的特性，在电极液及多孔电极上方设置高浓度的氨腔室，并通过多孔阳极反应消耗和流动阻力增加共同作用的氨传输阻挡，降低膜阳极侧氨浓度，从而缓解向阴极的氨渗透。基于此构建了一种具有高浓度氨腔室的立式热再生氨电池（thermallyregenerativeammonia-basedbatterywithammoniachambers，TRAB-C）[图1(a)]。通过可视化证明了TRAB阳极氨与电解液的分层现象，与传统TRAB对比研究了不同氨浓度下电池产电特性[图1(b)]，并探究了阳极多孔电极的孔隙密度对电池性能及氨传输特性的影响规律。

图1　立式热再生氨电池示意图

1

实验原理

1.1

电池结构及材料

如图1(a)所示，构建阳极腔室在上的立式热再生电池，中间由阴离子交换膜（AEM）分隔开来。阴极腔室直径3cm、高4cm，阳极腔室直径3cm、高3cm。实验中测试了具有均匀阳极电解液的传统运行电池（TRAB）和具有高浓度氨腔室电池（TRAB-C）的性能特性。其中TRAB-C阳极腔室下部为过渡腔室（高2cm），上方为氨腔室（高1cm）。直径3cm、厚度0.5cm的泡沫铜放置在过渡腔室与氨腔室中间作为阳极电极，阴极电极（2cm×0.8cm×0.5cm）放置在阴极腔室紧贴阴离子交换膜的位置。Ag/AgCl参比电极放置在距离阴极电极0.5cm的位置监测电势。阴极电解液成分为0.1mol/LCuSO4和2.5mol/L(NH4)2SO4，而阳极电解液是在阴极电解液基础上加入不同浓度（2.2mol/L、4.4mol/L、8.9mol/L、13.3mol/L）的氨水，得到阳极电解液中不同的平均氨浓度（1mol/L、2mol/L、4mol/L、6mol/L）。需要说明的是，TRAB阳极中氨均匀分布，而TRAB-C中阳极上方的氨浓度腔室具有极高的氨浓度。与传统方式的TRAB相比，TRAB-C阳极多孔电极附近氨浓度极高，而且AEM阳极侧氨浓度较低，这不但有利于阳极电化学反应，而且会有效缓解氨渗透。

1.2

实验方法与评估

使用普林斯顿电化学工作站利用线性扫描伏安法（linearsweepvoltammetry，LSV）测试电池的输出功率，测试时以1mV/s的扫描速度从开路电压扫描到10mV。同时将Ag/AgCl参比电极放置在距离阴极电极0.5cm的位置，通过电化学工作站记录阴极电位。在4Ω的外接电阻（最大功率点附近）条件下进行产电测试，通过数据采集器（Agilent34970A型）记录其输出电压，通过公式I=U/R（其中R为电池内阻）计算获得输出电流，并通过Q=∫Idt计算获得产电量。通过pH计对反应过后交换膜两侧阴、阳极液的pH进行测试，用于探究氨浓度的分布及传输特性。电化学阻抗谱（EIS）用于评估电池的阻抗，测试频率范围为0.1~100000Hz，恒定电压为200mV，施加振幅为10mV。

2

结果与讨论

2.1

氨渗透可视化及自分层现象

在前期实验中采用传统双室型TRAB反应器均发现了严重的氨渗透现象，而且最先是从阴离子交换膜（AEM）的上部分发生氨跨膜渗透[图2(a)]。分析可知，氨渗透主要是由于膜两侧的浓度差所致，这表明阳极氨浓度沿着高度方向可能存在不均匀分布，而且上层阳极氨浓度更高。为此，针对阳极存在的氨分布不均现象，通过可视化观察氨与阳极电解液的分层现象。在量筒（直径为2.5cm）中加入25mL电解液[2.5mol/LCuSO4，0.1mol/L(NH4)2SO4]，再缓慢加入10mL氨水（13.3mol/L）并静止5h。由于氨（无色）与铜离子（淡蓝色）结合成四氨合铜离子（深蓝色），可通过颜色来判断氨与电解液的分层现象。实验结果表明，刚加入时氨水与电解液存在明显的分层，两种溶液的界面处出现掺混形成少量深蓝色四氨合铜离子溶液。随着静置时间的延长，深蓝色的界线逐渐向上和向下移动，而且向下移动更快[图2(b)]。这主要是由于氨和铜离子的缓慢扩散所致，而且高浓度氨的扩散相对更快。但值得注意的是，随着静置时间的增加，氨向下扩散所致界面下降速度逐渐变缓，当静置时间超过4h后界面几乎不变。然而需要说明的是，虽然存在一个相对稳定的分界面，但是少量氨还是扩散到界面以下，这导致电解液中测得的pH随着时间缓慢上升[图2(c)]，颜色也略微变深些。分析可知，高浓度氨与电解液形成稳定分界面主要是由于氨水密度（0.91kg/m3）与电解液密度（1.15kg/m3）相比较小所致，氨向下的扩散也较为缓慢。

图2　传统TRAB氨渗透自分层现象

因此，基于密度差自分层现象，本文构建了具有高浓度腔室立式热再生电池反应器，阳极高浓度氨腔室在最上方，通过密度差和带反应的阳极多孔介质来缓解氨向下的传输，可以确保AEM阳极侧氨的浓度相对较低，这样就可以有效缓解氨渗透。此外，阳极参与反应的氨浓度更高，电池阳极性能也会更佳。下面的研究部分对比了不同氨浓度下传统反应器（TRAB）和具有氨腔室的立式新型反应器（TRAB-C）的性能特性，并进一步探讨了阳极多孔电极作为反应场所和氨传输阻挡层，其孔隙密度对电池性能的影响规律。

2.2

不同氨浓度下电池最大功率密度

为了获得TRAB和TRAB-C在不同氨浓度条件下运行一段时间后的功率特性，输出功率测试在以20mA的恒定电流放电2h后进行。结果如图3(a)所示，随着氨浓度从1mol/L提升到6mol/L，TRAB的输出功率先增加后降低，在氨浓度为2mol/L时获得最大的输出功率（6.3mW）。继续增大氨浓度，电池的输出功率不断下降。而TRAB-C的输出功率随着浓度的增加不断增加，并未出现下降的趋势[图3(b)]。当氨浓度增加到6mol/L时电池的最大功率为9.7mW，相比TRAB的最大输出功率提升了54%。由阴、阳极电极曲线可以看出，TRAB的阴极电势随着氨浓度的提升不断降低，尤其是当氨浓度大于2mol/L后，阴极电势下降的趋势逐渐增大[图3(c)]。这是由于传统电池无法避免阳极氨向阴极的渗透，导致阴极产生混合电位。而且氨渗透随着阳极氨浓度的增长逐渐增强，从而导致TRAB在较高的氨浓度条件下输出功率下降。而TRAB-C的阴极电势随着氨浓度的增加并没有发生明显变化[图3(d)]。这是由于TRAB-C中高浓度氨腔室位于阳极腔室的顶端，高浓度氨腔室下方的多孔电极及过度腔室中缓冲液的存在降低了离子交换膜两侧氨的浓度差，从而抑制了氨渗透，避免了阴极产生混合电位。在阴极性能不受限制的情况下，阳极电势随着氨浓度的增加而不断降低，使得氨电池在高氨浓度条件下获得了高输出功率。

图3　不同氨浓度下TRAB和TRAB-C的产电特性

（C—阴极；A—阳极）

2.3

不同氨浓度下电池批次产电

在恒定负载为4Ω的条件下，进一步对不同浓度下TRAB和TRAB-C的产电特性进行探究。实验结果如图4所示，TRAB产电曲线与之前的研究报道中的相同，缺少稳定的产电阶段。其输出电压达到最大值后紧接着快速下降，并且这种下降速度随着阳极氨浓度的增加不断的加快。其产电量随着氨浓度的增加先增后降。当氨浓度为2mol/L时，获得其最大产电量（520C），这是由于TRAB无法避免氨渗透问题使电池自放电，而增大氨浓度会加剧氨的渗透从而降低产电量。TRAB-C解决了氨渗透的问题后，展现出不同于TRAB的产电特性。随着氨浓度的从1mol/L增加到6mol/L，其最大输出电压不断上升，并且在氨浓度较高时电池长时间保持稳定的高输出电压。值得注意的是，TRAB-C的产电量相较于TRAB在不同氨浓度下均有所提升。当氨浓度从1mol/L提升到2mol/L时，其产电量从377C提升到了580C。当氨浓度进一步提升到4mol/L和6mol/L时，电池的产电量并没有发生明显的变化（560C、564C）。这是由于阴极铜离子的量不足，限制了产电量的继续提升。由以上结果可知，在高浓度氨供给的条件下，TRAB-C相较于TRAB具有更高的输出功率、产电量以及更稳定的产电输出。

图4　不同氨浓度下TRAB-C和TRAB的产电曲线及产电量

2.4

多孔阳极孔隙密度的影响

多孔阳极孔隙密度是影响TRAB-C性能的重要参数，一方面孔隙密度的改变影响着电极内部的物质传输及反应面积，另一方面多孔电极具有阻挡氨向下扩散传输的作用，孔隙密度对其具有较大的影响。实验结果如图5(a)所示，随着多孔电极孔隙密度的增加电池的输出功率先增加后降低，在孔隙密度为80PPI时获得最大的输出功率（10.8mW）。这是由于在孔隙密度为80PPI时获得了最小的反应阻抗[图5(b)~(c)]。孔隙密度的增加会增大多孔电极的比表面积，有利于反应的发生，但同时会导致传质阻力的增加。需要指出的是，氨向阳极多孔电极内的传输是有利于阳极电化学反应的进行，而未反应的氨渗透过多孔阳极后造成的跨膜向阴极渗透是对阴极性能不利的。可见，阳极多孔电极孔隙率是非常关键的性能影响参数，需要优化获得合适的孔隙密度有助于电池获得最高输出功率。为了测定不同孔隙密度多孔电极对氨的阻挡效果，将采用不同孔隙密度泡沫铜作为阳极的TRAB-C在恒电流（50mA）及氨浓度为6mol/L（氨腔室中为13.3mol/L）的条件下运行120min，然后对其阴离子交换膜两侧溶液（下方为阴极侧，上方为阳极侧）的pH进行测定。结果如图5(d)所示，阴极液的pH始终维持在4.6左右，相较于初始阴极液的4.0有所上升，这是由于Cu2+的减少所导致的。这也进一步表明采用分层阳极结构可以有效避免氨渗透。而阴离子交换膜阳极侧溶液的pH随着孔隙密度的增加不断降低，当多孔电极孔隙密度从60PPI提升到120PPI时，其pH从9.6降低到了7.2。表明多孔电极孔隙密度的增加有利于阻挡氨向下方的传输，进一步缓解了氨渗透。

图5　阳极多孔电极孔隙密度对电池产电的影响

可见，多孔电极及其结构是一个极其关键的影响因素。除了电极孔隙密度外，还可以通过构建梯度孔结构来降低传输阻力和提升电流分布均匀性，通过制备分级多孔表面或构建纳米电极进一步增大三维多孔电极比表面，通过碳基或镍基的多孔复合电极来提升电极结构及产电稳定性，从而进一步提升电池最大输出功率。面向未来放大化研究，从体积放大角度出发需考虑电池内阻和膜成本等问题，在综合考虑膜成本前提下沿着膜方向去扩增电极及反应器体积，构建多孔电极和紧凑式反应器，并进一步构建电堆。

3

结论

研究了TRAB及TRAB-C在不同氨浓度下的性能特性，探究了TRAB-C阳极多孔电极孔隙密度对电池性能及氨传输特性的影响，获得主要结论如下。

（1）通过可视化证明了TRAB阳极氨与电解液的自分层现象，并基于此构建了具有高浓度腔室立式热再生电池反应器，以缓解氨渗透和提高电池性能。

（2）TRAB-C由于具有独立的高浓度氨腔室和多孔阳极传输过渡层，可以有效缓解氨渗透，使其在较高氨浓度条件下（≥4mol/L）获得更高输出功率及稳定的产电性能。

（3）TRAB-C中多孔阳极不但可以反应消耗而且可以有效阻挡氨向下扩散，进一步缓解氨渗透。具有合适孔隙密度（80PPI）的多孔电极在获得较大反应面积的同时保证良好的物质传输，获得了最大输出功率（10.8mW）。

作者简介

第一作者：卢志强，硕士研究生，研究方向为热再生电池。

通信作者：张亮，教授，博士生导师，研究方向为电化学能源转化。

来源：化工进展

注：本站转载的文章大部分收集于互联网，文章版权归原作者及原出处所有。文中观点仅供分享交流，如涉及版权等问题，请您告知，我将及时处理！

【WINDRISES MINIPROGRAM PROMOTION】尊享直接对接老板

电话+V： 159999-78052

专注于小程序推广配套流程服务方案。为企业及个人客户提供了高性价比的运营方案，解决小微企业和个体拓展客户的问题