【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及電池，具體涉及一種基于吡咯氮化學(xué)的電解液添加劑及其應(yīng)用、水系鋅碘電池。
技術(shù)介紹
1、目前，商業(yè)鋰離子電池(libs)因其高能量密度，在快速發(fā)展的電動汽車和移動電子設(shè)備領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。然而，libs面臨著成本高昂、安全性問題、資源稀缺和環(huán)境污染等挑戰(zhàn)。因此，探索可替代的電化學(xué)儲能技術(shù)變得尤為迫切。水系可充電鋅基電池因其安全性高、成本低、壽命長和環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，成為大規(guī)模、固定式儲能的理想選擇。在各種水系鋅基電池中，鋅-碘電池因其豐富的碘資源、高的理論容量(211mah?g-1)和高電壓平臺(≈1.38v對比zn/zn2+)而受到研究人員的廣泛關(guān)注。但是，水系鋅-碘電池存在循環(huán)壽命短的固有問題。具體來說，電化學(xué)析氫反應(yīng)(her)、鋅枝晶生長和副產(chǎn)物的形成導(dǎo)致鋅負(fù)極的可逆性較差。此外，碘正極的轉(zhuǎn)換反應(yīng)會導(dǎo)致聚碘化物(如i3-和i5-)的形成，這些聚碘化物會溶解在電解液中并擴(kuò)散到鋅負(fù)極，造成碘正極活性材料損失和鋅負(fù)極的腐蝕(ix-+zn→zn2++xi-)。因此，鋅碘電池表現(xiàn)出較低的庫侖效率(ces)和短的循環(huán)壽命。
2、為了解決這些問題，研究人員提出了多種策略，包括設(shè)計(jì)導(dǎo)電的碘載體、改性隔膜、優(yōu)化電解質(zhì)(例如，使用高濃度鹽/共晶電解質(zhì)、電解質(zhì)添加劑)、采用聚合物水凝膠，以及在鋅金屬負(fù)極上構(gòu)建人工固體電解質(zhì)界面(sei)層等。在這些策略中，使用電解質(zhì)添加劑作為一種簡單、經(jīng)濟(jì)且有效的方法脫穎而出。例如，含有極性或正電荷功能團(tuán)的添加劑可以通過離子-偶極相互作用抑制碘正極的聚碘化物穿梭，從而防止活性材料損失和鋅
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)旨在解決水系鋅碘電池循環(huán)性能不佳的技術(shù)難題。為此，本專利技術(shù)的首要目的是提供一種水系鋅碘電池添加劑及其制備的電解液，以延長鋅碘電池的循環(huán)壽命并提升其循環(huán)穩(wěn)定性。
2、本專利技術(shù)的另一目標(biāo)是提供一種基于所述電解液的超長循環(huán)壽命水系鋅碘電池，促進(jìn)鋅碘電池在大型儲能領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展。
3、為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本專利技術(shù)提出的技術(shù)方案如下：
4、第一方面，本專利技術(shù)提供一種水系鋅碘電池添加劑，該添加劑為含有吡咯氮官能團(tuán)的1-(2-羥乙基)咪唑(hei)。
5、第二方面，本專利技術(shù)提供一種水系鋅碘電池添加劑電解液，其中包含上述添加劑。
6、優(yōu)選地，所述電解液由去離子水溶劑、電解質(zhì)和添加劑組成，所述電解質(zhì)為硫酸鋅。更優(yōu)選地，所述添加劑hei的最佳濃度為10vol.％，去離子水的體積比為90vol.％。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述電解質(zhì)溶液的ph值調(diào)節(jié)至最佳為6.5～7。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述電解液的濃度為2mol?l-1。
7、第三方面，本專利技術(shù)還提供上述添加劑或電解液在水系鋅碘電池中的應(yīng)用
8、第四方面，本專利技術(shù)還涉及一種包含上述水系鋅碘電池電解液的鋅碘全電池。更優(yōu)選地，所述鋅碘全電池還包括高載量的碘正極(9.7mg?cm-2)、20μm厚度的鋅箔負(fù)極以及玻璃纖維隔膜。
9、本專利技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：通過離子-偶極相互作用，該添加劑中的吡咯氮官能團(tuán)能夠可逆地捕獲質(zhì)子并中和氫氧根，從而緩沖鋅負(fù)極界面的ph值，有效抑制電化學(xué)產(chǎn)氫現(xiàn)象。此外，該添加劑還能利用吡咯氮官能團(tuán)，抑制多碘陰離子的穿梭效應(yīng)，防止碘正極活性物質(zhì)的損失。通過電解液添加劑同時(shí)對鋅負(fù)極和碘正極進(jìn)行了優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了鋅負(fù)極的高度可逆性，顯著延長了鋅碘電池的循環(huán)壽命。在高負(fù)載碘正極條件下，實(shí)現(xiàn)了鋅碘電池的超長循環(huán)穩(wěn)定性(可達(dá)5萬圈)。
10、本專利技術(shù)提供了一種簡便、經(jīng)濟(jì)、有效的策略，用于提升鋅碘電池的綜合性能，并推動其在大型儲能領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展。
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1.一種水系鋅碘電池添加劑，其特征在于，所述添加劑為液態(tài)的1-(2-羥乙基)咪唑，含有吡咯氮官能團(tuán)。
2.一種水系鋅碘電池添加劑電解液，其特征在于：所述電解液中包含權(quán)利要求1所述的添加劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水系鋅碘電池添加劑電解液，其特征在于，電解質(zhì)為硫酸鋅，溶劑為去離子水。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水系鋅碘電池添加劑電解液，其特征在于，所述添加劑的濃度為10vol.％，去離子水的體積比為90vol.％。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水系鋅碘電池添加劑電解液，其特征在于，電解質(zhì)溶液的pH值通過稀硫酸調(diào)節(jié)至6.5～7。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水系鋅碘電池添加劑電解液，其特征在于，硫酸鋅電解質(zhì)的濃度為2mol?L-1。
7.權(quán)利要求1所述的水系鋅碘電池添加劑或權(quán)利要求2-6任一項(xiàng)所述的水系鋅碘電池電解液在水系鋅碘電池中的應(yīng)用。
8.一種鋅碘全電池，其特征在于，使用權(quán)利要求2至6中任一項(xiàng)所述的水系鋅碘電池電解液制備所得。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鋅碘全電池，其特征在于，還包括碘正極、鋅
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種水系鋅碘電池添加劑，其特征在于，所述添加劑為液態(tài)的1-(2-羥乙基)咪唑，含有吡咯氮官能團(tuán)。
2.一種水系鋅碘電池添加劑電解液，其特征在于：所述電解液中包含權(quán)利要求1所述的添加劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水系鋅碘電池添加劑電解液，其特征在于，電解質(zhì)為硫酸鋅，溶劑為去離子水。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水系鋅碘電池添加劑電解液，其特征在于，所述添加劑的濃度為10vol.％，去離子水的體積比為90vol.％。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水系鋅碘電池添加劑電...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：葉明暉，區(qū)根源，金鑫，陳嘉俊，李成超，
申請(專利權(quán))人：廣東工業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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