热再生电池氨再生过程强化

利用低温热能的热再生过程是热再生电池（thermally regenerative battery,TRB）系统的重要组成之一,针对TRB的产电和热再生过程,研究了使用再生电解液的TRB产电性能以及温度和强化传热传质措施对热再生过程的影响。研究结果表明,产电过程中,使用再生电解液的TRB最大功率为5.7 mW,比初始电解液的TRB（最大功率为6.5 mW）低14%;热再生过程中,提高温度可以明显强化热再生过程,采用玻璃球床和搅拌措施也可以有效提高热再生过程的性能。     

采用泡沫铜电极的热再生氨电池性能数值模拟

以采用泡沫铜电极的热再生氨电池(thermally regenerative ammonia-based battery,TRAB)为研究对象,建立了多孔介质内物质传输与电化学反应耦合的稳态模型,计算获得了电池性能及多孔电极内物质传输特性,并研究了电解质浓度和电极孔隙率对电池性能的影响。研究结果表明,从主流区界面到多孔电极内部,阳极氨和阴极铜离子浓度逐渐降低,存在一定的浓度梯度,而且随着反应电流的增大,浓度梯度明显增大。在一定的范围内分别增大阳极氨浓度和阴极铜离子浓度,从主流区向多孔电极内物质传输增强,电池性能均能不断提升;随着硫酸铵浓度的增大,电解质电导率增大,电池性能逐渐提升,但增幅逐渐减小。此外,多孔电极孔隙率也会影响电池性能,本研究中TRAB在电极孔隙率为0.6时获得最高的最大功率(15.3 mW)。     

不同基底材料复合电极对热再生氨电池产电性能的影响

针对热再生氨电池（thermally regenerative ammonia-based battery,TRAB）铜电极局部结构易被腐蚀断裂这一问题,构建了骨架结构相对较稳定的复合电极并应用于TRAB,研究了不同基底材料复合电极的电镀特性及其对TRAB产电特性和最大功率输出的影响。研究结果表明,与其他基底材料复合电极的电池相比,采用泡沫镍基底材料复合电极的TRAB虽电极表面积和镀铜量相对较小,但是具有较低的物质传输阻力和最小的欧姆内阻,从而获得最大的电压输出、最大的产电量和能量密度、最高的库仑效率和最高的功率输出（11.5 mW）。可见,泡沫镍作为TRAB复合电极的基底材料是一个相对较好的选择,同时需针对复合电极孔隙大小的影响规律开展后续研究。     

不同负载下热再生氨电池产电及Cu2+去除特性

热再生氨电池（thermally regenerative ammonia-based battery, TRAB）在利用低温废热产电的同时去除Cu²⁺,在含铜电镀废水的处理及资源回收方面具有独特的优势和良好的应用前景。而作为关键运行参数之一的负载不但影响电化学反应速率和产电性能,而且还会对Cu²⁺去除效果产生影响。此外,氨渗透现象的存在极大地影响了Cu²⁺的去除效果。本文在不同负载条件下对电池进行批次放电,探究负载对电池的产电特性及铜离子去除率的影响,利用循环伏安法探究不同氨浓度条件下阴极发生的反应。对产电后的阳极液进行热再生,探究不同再生温度对热再生过程、电池功率及Cu²⁺去除率的影响。研究结果表明,随着负载的降低（电流增大）,电池的产电量得到提升,批次处理所需的时间大幅缩短。并且较小的负载可以有效降低阴极氨渗透量,减弱副反应的发生,从而提升阴极库仑效率,因此获得较高的Cu²⁺去除率。当负载为1Ω时获得了较大的产电量（350C）,且处理时间缩短为2.1h,使得废水中Cu²⁺的去除率达到80.5%。热再生过程对下一批次电池性能和阴极Cu²⁺去除有重要影响,一定范围内提升再生温度有利于热再生过程的进行。     

不同Cu2+浓度下热再生氨电池产电及Cu2+去除特性

热再生氨电池（thermally regenerative ammonia-based battery,TRAB）在废弃资源回收方面展现出独特优势和良好应用前景。通过构建TRAB来处理含Cu²⁺废液并回收电能和铜资源,实验中研究了不同Cu²⁺浓度对电池产电性能和废液Cu²⁺去除效果的影响。研究结果表明,当阴极废液Cu²⁺浓度低于0.2 mol/L时,随着Cu²⁺浓度的增加,电池最大输出功率不断增加,电池输出电压和产电周期不断增加,促使批次获得电量和能量密度也不断增加。同时采用TRAB技术去除废液中铜离子具有较高的去除效率,而且去除率随着废液中铜离子浓度的增加而增加。后续研究采用TRAB结合电凝法的两步处理法有望进一步提高处理效果,具有较好的经济性和应用前景。     

再生反应器液面高度对热再生电池性能的影响

热再生过程是热再生电池（thermally regenerative battery,TRB）系统的重要部分,本文研究了TRB的热再生过程对产电过程的影响,并通过降低热再生液面高度来强化换热过程和提升热再生性能。结果表明,采用再生电解液的TRB最大功率密度仅有12 W/m²,相比于初始电解液的TRB（最大功率密度为29.6 W/m²）降低了59%;降低加热液面高度可减小再生液平均热阻和受热温差,有效地强化了热再生性能;当热再生液面高度降低至1 cm后,热再生后TRB性能显著提升（27.0 W/m²）,与原性能相比仅下降8.7%。后续有望通过构建薄液膜热再生反应器来进一步强化热再生过程及提升电池热再生性能。     

采用有机溶剂的热再生电池性能

基于电化学的热再生电池（thermally regenerative batteries,TRBs）可有效地将低温废热转换为电能,而目前广泛研究的水系TRB存在开路电压（<450mV）、能量密度（<1260Wh/m³）和热效率（<1.0%）均较低的问题,为缓解上述问题,本文利用铜配合物,构建了采用有机溶剂并以乙腈为配体的TRB体系以突破水系TRB开路电压较低的局限,并研究了不同有机溶剂（碳酸丙烯酯、乙二醇和碳酸乙烯酯）、流量、乙腈含量和温度对电池产电性能的影响。结果表明,以乙腈为配体的TRB体系的开路电压均在1.0V左右,碳酸丙烯酯作为溶剂的TRB性能最佳,27℃下最大功率密度为82W/m²,能量密度为3672Wh/m³,热效率达到2.6%;TRB最大功率密度随流速先增加后保持不变,而随乙腈含量先增加后降低;由于化学反应的增强和电解液黏度的降低,在一定范围内电池最大功率密度随温度升高而线性增加。