NiV-LDH氧化还原介质、氢气生产与甲醛燃料电池的模块化结合系统及其构建方法

本发明涉及模块化电化学合成系统，且特别涉及一种niv-ldh氧化还原介质、氢气生产与甲醛燃料电池的模块化结合系统及其构建方法。

背景技术：

1、室温水电解包括阴极上的析氢反应(her)、阳极上的析氧反应(oer)以及中间的隔板(多孔膜或离子交换膜)，被认为是从太阳能、风能和水力发电等可再生能源生产氢气用于电网规模储能的最可靠方法之一。它是一种可扩展的技术，唯一需要的输入是水和电能形式的能量。然而，水电解的高效应用仍然面临着巨大的挑战。通常，o2不是水电解的期望产物，因为它固有地存在于周围环境中，因此用于产生o2的水氧化反应(即oer)导致室温水电解的广泛应用面临许多障碍。首先，h2和o2的联合生产给气体分离、收集以及安全、经济地运输到集中式氢气储存和分配设施带来了严峻的挑战。其次，室温水电解通常需要高活性催化剂，如贵金属氧化物，来加速被认为动力学缓慢的oer。第三，oer的超电位和催化剂的差稳定性进一步增加了能耗和成本。此外，由于her和oer固有的动力学差异，水电解需要稳定的功率输入以保持气体产品的压力平衡，因而阻碍了直接使用不稳定的可再生能源(如太阳能和风能)进行水电解。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种niv-ldh氧化还原介质、氢气生产与甲醛燃料电池的模块化结合系统及其构建方法，以niv-ldh作为固体可逆氧化还原介质将电化学水还原析氢反应与甲醛电化学氧化反应模块化结合起来，提供了一个混合能量存储/转换系统，以将可再生能源转换为h2、hcooh以及稳定的电能，从而大大提升了整个模块化系统的能量效率和经济附加值。

2、本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

3、本发明提出一种niv-ldh氧化还原介质的制备方法，包括以下步骤：

4、将六水合氯化镍、氯化钒和尿素溶解在去离子水中，剧烈搅拌后进行水热反应，经冷却、离心、清洗和干燥，得到niv-ldh氧化还原介质。

5、本发明提出一种niv-ldh氧化还原介质，其根据上述的制备方法制得。

6、本发明还提供了一种氢气生产与甲醛燃料电池的模块化结合系统的构建方法，所述氢气生产与甲醛燃料电池的模块化结合系统包括h2电解池和甲醛燃料电池，包括以下步骤：

7、s1、nivru-ldh/nf电极的制备：将六水合氯化镍、氯化钒、尿素和三水合氯化钌分散在去离子水中并超声均匀，得到混合溶液，然后将所述混合溶液和经预处理的泡沫镍放入不锈钢高压釜中进行水热反应，经冷却、清洗和干燥，得到所述nivru-ldh/nf电极；

8、s2、mv cu电极的制备：在三电极体系中采用循环伏安法对经预处理的泡沫铜进行处理，经冲洗、吹干和浸泡后，采用三电极体系进行电化学还原，冲洗、吹干后，得到所述mvcu电极；

9、s3、将所述的niv-ldh氧化还原介质分散在氮甲基吡咯烷酮溶液中，加入pvdf粘结剂和乙炔黑/氮甲基吡咯烷酮溶液后，滴加在经预处理的泡沫镍上，干燥、按压后，得到niv-ldh氧化还原介质电极；

10、s4、以所述nivru-ldh/nf电极为阴极，所述niv-ldh氧化还原介质电极为阳极，koh溶液为第一电解液，得到h2电解池；然后取出在所述h2电解池被充电氧化的niv-ldh氧化还原介质电极，并通过导线将其与所述mv cu电极连接，以koh和hcho的混合液为第二电解液，得到甲醛燃料电池。

11、本发明提供一种氢气生产与甲醛燃料电池的模块化结合系统，其根据所述的构建方法构建得到。

12、本发明实施例的niv-ldh氧化还原介质、氢气生产与甲醛燃料电池的模块化结合系统及其构建方法的有益效果是：

13、本发明通过niv-ldh可逆氧化还原介质电极将用于h2生产的h2电解池和直接甲醛液体燃料电池结合起来。该结构包括h2生产步骤(取决于阴极her以及niv-ldh→niooh的阳极氧化)和直接甲醛液体燃料电池的后续放电步骤(取决于niooh→niv-ldh的阴极还原以及阳极for)。这两个步骤的循环提供了一个混合能量存储/转换系统，可以将可再生能源转换为h2、hcooh以及稳定的电能，从而大大提升整个模块化系统的能量效率和经济附加值。

技术特征：

1.一种niv-ldh氧化还原介质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的niv-ldh氧化还原介质，其特征在于，所述六水合氯化镍、氯化钒、尿素和去离子水的质量体积比为4.4～4.6：1：2.3～2.4：315～320(g/g/g/ml)。

3.根据权利要求1所述的niv-ldh氧化还原介质，其特征在于，所述水热反应的温度为110～130℃，水热反应时间为10～14h。

4.一种niv-ldh氧化还原介质，其特征在于，根据权利要求1～3任意一项所述的制备方法制得。

5.一种氢气生产与甲醛燃料电池的模块化结合系统的构建方法，其特征在于，所述氢气生产与甲醛燃料电池的模块化结合系统包括h2电解池和甲醛燃料电池，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的构建方法，其特征在于，步骤s1中，所述六水合氯化镍、所述氯化钒、所述尿素、所述三水合氯化钌和所述去离子水的质量体积比为5.7～5.9：2.4～2.6：7.5～8.5：1.5～1.6：1(mg/mg/mg/mg/ml)，所述水热反应的温度为110～130℃，反应时间为10～14h。

7.根据权利要求5所述的构建方法，其特征在于，步骤s2中，所述在三电极体系中采用循环伏安法对经预处理的泡沫铜进行处理的步骤为：以碳棒为对电极，hg/hgo电极为参比电极，koh为电解质，采用-1～0.2v(vs.rhe)电压范围对所述经预处理的泡沫铜进行循环扫描，开始电位和结束电位为-0.9v(vs.rhe)，扫描速率为5mv/s，循环五次。

8.根据权利要求5所述的构建方法，其特征在于，步骤s2中，所述经冲洗、吹干和浸泡后，采用三电极体系进行电化学还原的步骤为：所述经预处理的泡沫铜采用循环伏安法处理后，用无水乙醇冲洗并用氮气吹干，接着放入koh溶液中浸泡9～11h，然后采用三电极体系在-0.7v(vs.hg/hgo)电位下电化学还原600s。

9.根据权利要求5所述的构建方法，其特征在于，步骤s3中，所述niv-ldh氧化还原介质、所述氮甲基吡咯烷酮溶液、所述pvdf粘结剂和所述乙炔黑/氮甲基吡咯烷酮溶液的质量体积比为1：80～82：6～7：12～13(mg/μl/μl/μl)，其中，所述pvdf粘结剂的质量浓度为18～22mg/ml，所述乙炔黑/氮甲基吡咯烷酮溶液的质量浓度为9～11mg/ml。

10.一种氢气生产与甲醛燃料电池的模块化结合系统，其特征在于，根据权利要求5～9任意一项所述的构建方法构建得到。

技术总结本发明提供一种NiV‑LDH氧化还原介质、氢气生产与甲醛燃料电池的模块化结合系统及其构建方法，通过NiV‑LDH氧化还原介质电极将用于H<subgt;2</subgt;生产的H<subgt;2</subgt;电解池和直接甲醛液体燃料电池结合起来。该结构包括H<subgt;2</subgt;生产步骤(取决于阴极析氢反应以及NiV‑LDH→NiOOH的阳极氧化)和直接甲醛液体燃料电池的后续放电步骤(取决于NiOOH→NiV‑LDH的阴极还原以及阳极析氧反应)。这两个步骤的循环提供了一个混合能量存储/转换系统，可以将可再生能源转换为H<subgt;2</subgt;、HCOOH以及稳定的电能，从而大大提升整个模块化系统的能量效率和经济附加值。技术研发人员：彭娟,冯标,余雪萍,刘利民受保护的技术使用者：宁夏大学技术研发日：技术公布日：2024/7/18