一种用于氢氯电池测试的氯气吸收装置及其使用方法与流程

本发明属于电池，具体地说，涉及一种用于氢氯电池测试的氯气吸收装置及其使用方法。

背景技术：

1、氢氯电池是一种绿色无污染的能源技术。在电化学反应过程中，氢气和氯气转化为电能和氯化氢（hcl）。氢氯电池，作为一种基于氢气和氯气化学反应的能源转换装置，具有多种显著的用途和优势：

2、①氯气具有高氧化还原电位和高的理论比容量，氢氯电池具有较高的理论能量密度，能够提供高能量密度的电能输出，这使得它在需要高能量密度的应用场景中具有独特的优势，如航空航天、深海探测、数据中心、节能照明系统和高端电子产品等领域。在这些场合，氢氯电池能够迅速满足大量的电力需求，确保设备或系统的稳定运行；

3、②氢氯电池中的cl2/cl-氧化还原电对具有快速的电化学动力学，这意味着氢氯电池能够迅速响应电流和电压的变化。相比传统的充电电池，氢氯电池在充电过程中消耗的时间更短，能够更快地恢复到满电状态；

4、③氢气和氯气都是高度活性的气体，这使得氢氯电池在室温下和超低温条件下都能展现出良好的电化学性能。

5、氢氯电池在放电过程中，氢气在阳极发生氧化反应，生成氢离子和电子；氯气在阴极发生还原反应，与氢离子和电子结合生成氯离子；充电过程中，则通过外部电源将氢离子还原为氢气，氯离子重新氧化为氯气，此过程会产生大量氯气，氯气具有强氧化性和腐蚀性，需要及时得到处理。

6、在氢氯电池相关的科研实验中，为了研究氢氯电池的性能和反应机理，可能需要精确控制充电过程中产生的氯气量并对其进行收集和分析。然而，在大多数情况下，为了实验的安全性和环保性考虑，仍然需要将氯气吸收掉而不是直接收集储存，并且需要通过惰性气体将氯气从电池堆中及时吹出。

7、目前实验室通常采用碱液对氯气进行吸收，碱液（如氢氧化钠、氢氧化钙等）与氯气反应迅速，能够在较短时间内吸收大量氯气。

8、但是，采用碱液吸收氯气的方式存在以下不足：

9、①氯气吸收过程中生成的盐类容易产生结晶堵塞设备；

10、②碱液具有腐蚀性，对设备材质有严格要求，增加了设备选材的难度和成本；

11、③碱液与氯气反应后的产物往往应用价值小，且通常难以直接再生利用；

12、④碱液中溶质浓度存在上限，这意味着需要的碱液总体积较大，碱液的配置、存储难度大；

13、⑤碱液在吸收氯气的过程中，溶质浓度变化大，影响碱液吸收氯气速率的稳定性，氯气存在无法完全被吸收而泄漏的风险。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于氢氯电池测试的氯气吸收装置。

2、为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

3、一方面，一种用于氢氯电池测试的氯气吸收装置，包括储氢罐和惰气罐，所述储氢罐和惰气罐均通过管道与电池堆连通，还包括：主罐和副罐；

4、所述主罐底部通过管道与电池堆连通，所述主罐至少用于接收从电池堆释放出来的氯气和惰性气体，所述主罐顶部通过管道与所述惰气罐连通；每一所述管道上均设置有输送泵，所述输送泵关闭时能够阻断对应管道内液体的流动；

5、所述主罐至少用于容纳酸性fecl2溶液，所述主罐内设置有交换部件，所述主罐底部通过管道与所述副罐连通；所述交换部件内设置有0价铁，所述交换部件具有透水结构，使得液体能够浸入所述交换部件并使得液体能够与所述0价铁接触。

6、优选的，所述主罐位于所述交换部件上方的空间通过管道与所述副罐连通。

7、本发明中，通过将主罐内的溶液动副罐底部输送入副罐、将副罐内的溶液从主罐的顶部输送入主罐，从而，主罐和副罐内的溶液能够在主罐和副罐体系内单向循环流动，使得溶液能够主动流动并接触交换部件，提高fe3+与交换部件内0价铁的反应速度，有利于保持主罐内液体吸收氯气的速率。

8、优选的，所述主罐底部通过管道与所述惰气罐底部连通。

9、本发明中，通过将主罐内的气体从主罐顶部输送回惰气罐、将惰气罐内的惰性气体从主罐底部输入主罐，可以将惰性气体中的氯气除去。

10、本发明中，惰性气体具体选用氮气，也可以选用氦气、氖气。由于氮气密度小于氯气，在惰气罐中氯气趋向于沉底，将惰气罐内的惰性气体从惰气罐底部输入主罐，能够尽量将惰气罐内的氯气排出，有利于提高除去氮气中氯气的效果。

11、优选的，所述副罐至少用于容纳酸性fecl2溶液和稀盐酸，所述副罐至少用于接收所述主罐内的液体。

12、优选的，所述酸性fecl2溶液的ph≤2.5。

13、本发明中，主罐内ph≤2.5时，fe3+不易发生沉降。

14、优选的，所述0价铁选自单质铁、铁合金中的一种或者多种。

15、本发明中，0价铁的来源可以有多种，例如废旧不锈钢、切削铁屑等，价格较低。以氢氧化钠为例，吸收等量氯气的情况下，0价铁的成本远低于氢氧化钠，且得到的fecl2和fecl3的应用价值远高于nacl 、naclo。

16、另一方面，一种用于氢氯电池测试的氯气吸收装置的使用方法，包含如下步骤：

17、（1）向主罐底部加入酸性fecl2溶液，使得主罐内酸性fecl2溶液液面低于交换部件；向副罐内加入酸性fecl2溶液；

18、（2）将惰气罐内的惰性气体输入电池堆、电池堆内的气体输入主罐、主罐内的气体从主罐顶部输送回惰气罐；

19、（3）电池堆开始进行充电实验，将副罐内的酸性fecl2溶液输入主罐，使得主罐内酸性fecl2溶液接触交换部件；将电池堆产生的氢气输送入储氢罐；

20、（4）电池堆进行充电实验结束后，将主罐内的部分混合溶液输送入副罐，使得主罐内的溶液液面低于交换部件，然后关闭全部输送泵。

21、优选的，所述步骤（3）中，当主罐内溶液析出fecl2前，将主罐内的部分混合溶液输送入副罐，然后排出副罐内的溶液，再向副罐内加入稀盐酸或氯化亚铁溶液或稀盐酸、氯化亚铁的混合溶液，最后将副罐内的稀盐酸输入主罐，使得主罐内的溶液接触交换部件。

22、优选的，所述步骤（3）中，当所述主罐内溶液中fecl3含量为0时，将主罐内的部分混合溶液输送入副罐，使得主罐内溶液液面高度下降且始终与交换部件接触；

23、当所述主罐内fecl3含量持续增加时，向副罐内加入稀盐酸或氯化亚铁溶液或稀盐酸、氯化亚铁的混合溶液，最后将副罐内的稀盐酸输入主罐，使得主罐内的溶液液面升高。

24、与现有技术相比，本发明的优点包括：

25、(1)本发明提供的一种用于氢氯电池测试的氯气吸收装置，通过主罐和副罐中液体的交换，可以控制主罐内溶液与交换部件接触高度，从而能够控制交换部件内0价铁与fe3+的反应速度，进而能够控制fe3+浓度使得主罐内fe3+浓度不为0；

26、(2)本发明提供的一种用于氢氯电池测试的氯气吸收装置，通过主罐和副罐中液体的交换和通过副罐向主罐中输送稀盐酸或氯化亚铁溶液或稀盐酸、氯化亚铁的混合溶液，可以稀释主罐中溶液的浓度，防止主罐内溶质结晶，并有利于保持主罐内液体吸收氯气的速率；

27、(3)本发明提供的一种用于氢氯电池测试的氯气吸收装置，电池堆内的气体输入主罐后，主罐中能够实现惰性气体的分离，使得惰性气体能够循环使用；

28、(4)本发明提供的一种用于氢氯电池测试的氯气吸收装置，电池堆内的气体从主罐底部输入主罐，能够加速主罐内溶液的混合，有利于主罐内的fe3+与交换部件内0价铁的接触；

29、(5)本发明提供的一种用于氢氯电池测试的氯气吸收装置，电池堆内的气体从主罐底部输入主罐，能够将主罐内的热量带出，有利于降低主罐内液体的温度；

30、(6)本发明提供的一种用于氢氯电池测试的氯气吸收装置，得到的产物为fecl2、fecl3的混合物，通过简单手段即可转化为有较高应用价值的fecl2；同时fecl2、fecl3的混合物腐蚀性远小于碱液，对设备材质要求低。

技术特征：

1.一种用于氢氯电池测试的氯气吸收装置，包括储氢罐(12)和惰气罐(14)，所述储氢罐(12)和惰气罐(14)均通过管道与电池堆(11)连通，其特征在于，还包括：主罐(15)和副罐(16)；

2.根据权利要求1所述的一种用于氢氯电池测试的氯气吸收装置，其特征在于：所述主罐(15)位于所述交换部件上方的空间通过管道与所述副罐(16)连通。

3.根据权利要求1所述的一种用于氢氯电池测试的氯气吸收装置，其特征在于：所述主罐(15)底部通过管道与所述惰气罐(14)底部连通。

4.根据权利要求1所述的一种用于氢氯电池测试的氯气吸收装置，其特征在于：所述副罐(16)至少用于容纳酸性fecl2溶液和稀盐酸，所述副罐(16)至少用于接收所述主罐(15)内的液体。

5.根据权利要求1所述的一种用于氢氯电池测试的氯气吸收装置，其特征在于：所述酸性fecl2溶液的ph≤2.5。

6.根据权利要求1所述的一种用于氢氯电池测试的氯气吸收装置，其特征在于：所述0价铁选自单质铁、铁合金中的一种或者多种。

7.一种如权利要求1所述的用于氢氯电池测试的氯气吸收装置的使用方法，其特征在于，包含如下步骤：

8.根据权利要求7所述的使用方法，其特征在于：所述步骤（3）中，当主罐(15)内溶液析出fecl2前，将主罐(15)内的部分混合溶液输送入副罐(16)，然后排出副罐(16)内的溶液，再向副罐(16)内加入稀盐酸或氯化亚铁溶液或稀盐酸、氯化亚铁的混合溶液，最后将副罐(16)内的稀盐酸输入主罐(15)，使得主罐(15)内的溶液接触交换部件。

9.根据权利要求7所述的使用方法，其特征在于：所述步骤（3）中，当所述主罐(15)内溶液中fecl3含量为0时，将主罐(15)内的部分混合溶液输送入副罐(16)，使得主罐(15)内溶液液面高度下降且始终与交换部件接触；

技术总结
本发明公开了一种用于氢氯电池测试的氯气吸收装置及其使用方法，该氯气吸收装置包括储氢罐、惰气罐、主罐和副罐；主罐底部通过管道与电池堆连通，主罐顶部通过管道与惰气罐连通；每一管道上均设置有输送泵，输送泵关闭时能够阻断对应管道内液体的流动；主罐至少用于容纳酸性FeCl<subgt;2</subgt;溶液，主罐内设置有交换部件，主罐位于交换部件上方的空间通过管道与副罐连通；交换部件内设置有0价铁，交换部件具有透水结构。本发明涉及的使用方法，包括通过主罐和副罐中液体的交换、副罐内加入不同的溶液。本发明提供的一种用于氢氯电池测试的氯气吸收装置具有保持主罐内液体吸收氯气的速率、不易结晶的效果。

技术研发人员：马志啟,徐艳
受保护的技术使用者：江苏朗雄能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5