[发明专利]一种利用核黄素增强CO2矿化电池产电性能的方法及其电池

说明书

本发明提供一种利用核黄素增强CO₂矿化电池产电性能的方法及其电池，属于CO₂矿化技术领域。所述方法为将阳离子交换膜置于CO₂矿化电池容器中，将容器分为阳极区和阴极区，在阳极区加入芒硝和Ca(OH)₂的混合溶液作为阳极电解液，阴极区加入碳酸氢钠作为阴极电解液，同时在阴极区加入化合物FMN作为阴极电催化剂，并在阳极电极和阳极电极之间施加直流电源。本发明采用具有PCET反应性质的化合物FMN作为阴极电催化剂，在低电位下形成“H‑有机”中间体取代H₂作为循环介质，避免在电极上发生HER和HOR反应的高过电位，从而在大幅提高CO₂矿化电池产电性能；同时不再需要贵金属Pt作为催化剂，降低CO₂矿化电池的制造成本。

技术领域

本发明属于CO₂矿化技术领域，具体为一种利用核黄素增强CO₂矿化电池产电性能的方法及其电池。

背景技术

CO₂大量排放引起的“温室效应”问题得到了广泛的关注，控制化石燃料燃烧过程排放烟气中的CO₂被认为是短期内最有效的减排途径。目前减排CO₂的人为技术手段中，CCS将CO₂进行捕集后直接封存(如：地质封存、海洋封存和矿化封存)，是一种纯粹的环保行动，其具有CO₂处理容量大的优点，但是存在泄漏和诱发地质灾害等潜在危害。

CCU是将CO₂捕集后再利用，CO₂是一种相对稳定的化合物，将CO₂转变为有用的碳氢化合物的途径所得到的产品比CO₂热力学能位更高的化合物，从热力学理论来讲，只能增加过程中的能量输入，很难实现CO₂的净减排，因此目前来说采用将 CO₂转变为有机物的方法来大规模处理CO₂的难度很大。然而将CO₂转变为无机碳酸盐的过程在热力学上是唯一知晓的能位降低的CO₂利用途径，因此CO₂矿化利用的方法可在低能耗甚至能量输出的情况下产出碳酸盐。

如何在矿化利用CO₂的同时，获取这部分能量是世界性的难题。在之前的研究中，发明人终于找到了攻克这一难题的方法并开发了矿化CO₂制取碳酸氢钠或碳酸钠对外输出电能的方法(专利CN201410319920.X)，全球首次实现了将CO₂矿化过程中的化学能直接转变为电能，该方法实现了一种能量输出的CO₂减排利用新途径并开发了具有自主知识产权的CO₂矿化电池。CO₂矿化电池的基本原理是：以H₂作为反应的诱导介质，在气体扩散电极和析氢电极的催化作用下，以H₂的氧化反应(H₂→2H⁺+ 2e^-)取代了传统电解方法中H₂O的氧化反应(2H₂O→O₂+4H⁺+4e^-)，从而在低能耗下将H₂O转变为H⁺和OH^-。当在阴极区通入酸性CO₂并在阳极区加入碱性固废后，阴阳两极制碱的pH差形成了CO₂矿化电池的电动势。反应开始后，酸性的CO₂与阴极析氢反应(HER)后生成的OH^-反应，碱性固废中的OH^-与阳极氢氧化反应(HOR) 后生成的H⁺反应，同时离子在阴、阳极之间定向流动产生电流。