一种氧化铜光电极及其新型太阳能铁空气电池

技术领域

本发明涉及光电极及其空气电池技术领域，具体涉及一种氧化铜光电极及其新型太阳能铁空气电池。

背景技术

化石燃料的不断消耗造成了一系列环境污染问题以及传统能源资源的短缺。因此，开发利用丰富、清洁的可再生能源是目前急需解决的问题。目前，金属空气电池作为一种高效、清洁的能量转换装置成为研究的热点。并且锂离子电池也是目前最成功的能源装置，已经被广泛应用于各个领域。然而锂离子电池的电极具有安全问题、价格昂贵、原料资源稀缺等缺点，限制了其进一步的发展。铁是生活中很常见的材料，是地球上第四丰富的元素，因此从成本以及安全角度来看，使用铁空气电池替代锂离子电池是一个非常有前景的选择。光能已经被广泛应用于电化学装置，用来提升反应动力学、降低反应的过电位。在光照下，半导体接受的能量大于禁带宽度时，价带上的电子就被激发到导带上，在价带留下带正点的空穴，进而可以提升电池的放电电压。因此，铁空气电池的充电过程如何充分利用太阳能是一个急需解决的难题。

发明内容

本发明的目的是用电沉积、煅烧的方法制备稳定的双功能光催化剂氧化铜光电极，组装成光电化学铁空气电池，进行电化学测试，表明该材料在光照下可以提升电池的放电电压以及有良好的稳定性。本发明提供了一种新的能源技术，实现了太阳能与电能的协同转化。

一种氧化铜光电极，制备方法包括以下步骤：

1)制备氧化亚铜薄膜：配置0.1M醋酸铜以及3M乳酸的混合溶液，用10M氢氧化钠调节混合液pH；以FTO为工作电极，铜片为对电极，进行电沉积，得到氧化亚铜薄膜；

2)制备氧化铜光电极：将氧化亚铜薄膜放到马弗炉里进行煅烧；所得产物冷却至室温下，用水洗涤、干燥，得到氧化铜光电极。

上述的一种氧化铜光电极，步骤1)中，混合液的pH达到10。

上述的一种氧化铜光电极，步骤1)中，所述的电沉积为在-0.5V vs.Ag/AgCl偏压下，在60℃下电沉积10分钟。

上述的一种氧化铜光电极，步骤2)中，所述的煅烧为在500℃下煅烧3小时。

一种新型太阳能铁空气电池，电池构造如下，

1)以上述的任一种氧化铜光电极作为阴极；

2)使用铁片作为阳极，0.5M硫酸铁溶液作为电解液，得到一种新型太阳能铁空气电池。本发明与现有技术相比，具有如下显著优点：

1)本发明，使用硫酸铁溶液作为铁空气电池的电解液，将太阳能引入了铁空气电池，实现太阳能与电能的协同转化。

2)本发明，利用原位煅烧的方法制备了一种氧化铜光电极，光照后，提升电池的放电电压。新型太阳能铁空气电池实现了光能与电能的协同转化，是一种新型的能源转化装置，为解决能源危机提供新的解决方案。

附图说明

图1是氧化铜光电极的电镜扫描图；

图2是氧化铜光电极的XRD图。

图3是氧化铜光电极的紫外-可见漫反射光谱。

图4是铁空气电池循环测试。

具体实施方式

实施例1氧化铜光电极

制备方法如下：

1)制备氧化亚铜薄膜：配置100mL 0.1M硫酸铜以及3M乳酸的混合溶液，用10M氢氧化钠使混合液PH达到10。在-0.3V vs.Ag/AgCl偏压下，在60摄氏度下电沉积10分钟，得到氧化亚铜薄膜。

2)制备氧化铜光电极：将氧化亚铜放到马弗炉里在500℃下煅烧3小时。所得产物冷却至室温下，用水洗涤、干燥，得到氧化铜光电极。

实施例2新型太阳能铁空气电池

将实施例1所制备的氧化铜光电极作为阴极；使用铁片作为阳极，0.5M硫酸铁溶液作为电解液，得到一种新型太阳能铁空气电池。

实施例3性能检测

1)电镜扫描

将实施例1获得的氧化铜光电极进行电镜扫描，通过电子显微镜扫描对氧化铜光电极的形貌进行了表征。如图1所示，由实施例步骤2)制备的氧化铜光电极，形貌为块状结构。

2)XRD测试

对氧化铜光电极进行了表征，结果如图2所示。由图2所示，氧化铜光电极在2θ＝32.5°、35.5°、38.9°、58.2°、61.5°、65.78°、68.1°处有6个衍射峰，分别对应于黑铜矿氧化铜(JCPDS-No.45-0937)的(-110)、(002)、(-202)、(-113)、(022)和(-220)衍射面。

3)紫外-可见漫反射光谱检测

对氧化铜光电极进行了紫外-可见漫反射测试，结果如图3所示。由图3可见，氧化铜光电极在波长900nm左右开始有光吸收，说明本发明的氧化铜光电极对可见光有着很好的响应。

实施例4性能测试

对太阳能铁空气电池进行恒流充放电测试，结果如图4所示。由图4可见，光照时铁空气电池放电电压提升至0.9V，在100次循环充放电测试中体系较为稳定。