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热再生氨化学电池(Thermally regenerative ammonia battery,TRAB)是一种利用低品位热能产生电能的新型电化学电池,具有结构简单、可循环再生、绿色环保等优点。过往对TRAB的研究主要集中于离子交换膜材料、结构改进、应用方向拓展等方面,对其电极反应、再生循环的热物理机理研究相对较少。为此,本文开展了以下工作:(1)实验研究了 TRAB在宽电解液浓度、温度范围内的电极电势。常压下测量了以(0.1～3.5)mol/L硝酸铜溶液为电解液的TRAB在(20～50)℃范围内的正负极电极电势,并根据实验数据拟合得到了负极和正极的电极电势温度系数分别为(-0.955～-0.806)mV/K、(-0.523～-0.390)mV/K;建立了非常压实验装置,测量了以(4.0～5.0)mol/L硝酸铜溶液为电解液的TRAB在(30～50)℃范围内的负极电极电势,拟合得到温度系数为(-1.100～-0.928)mV/K。(2)进行了 TRAB电极反应的理论分析。建立了化学反应平衡、电解质溶液活度的理论模型,并采用文献参数对电极电势进行了计算,发现正负极电极电势温度系数计算值相对实验值的偏差分别为5.38%、10.07%,负极电极电势的计算相对偏差为7.81%;根据实验数据对相互作用参数BCu(NH3)42+NO3-进行拟合后,负极电极电势的计算相对偏差能降至2.97%。对TRAB的热力学分析表明,在(20～50)℃范围内理论电功、可逆反应热效应均随电池工作温度的升高而增大,而放电效率随电池工作温度的升高而减小。(3)采用AspenHYSYS软件对一个TRAB基本循环进行模拟,研究了多种因素对循环性能的影响。在TRAB工作温度为30 ℃、压力为101.3 kPa条件下,精馏塔塔板数不同时,存在不同的最佳进料位置,使得循环热效率达到最大;再生温度的影响十分显著,当其从75 ℃升高至100℃时,循环热效率从0.99%升高至3.36%,热力学完善度从0.0528升高至0.2601;在(20～45)℃范围内冷凝温度的变化对循环热效率和热力学完善度的影响较小。