【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及鋅碘電池，具體涉及一種水系鋅碘電池的電解液及其制備方法和寬溫域、高容量的水系鋅碘電池。
技術(shù)介紹
1、水系鋅碘(zn-i2)電池作為一種新興的電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)，因其快速的氧化還原動(dòng)力學(xué)、低成本、高放電電壓平臺(tái)以及高安全性等優(yōu)點(diǎn)而受到研究者的廣泛關(guān)注。然而，傳統(tǒng)基于i2/i-的兩電子水系z(mì)n-i2電池電壓僅為1.3v左右，能量密度較低，難以達(dá)到實(shí)際應(yīng)用需求。近年來(lái)，由于碘豐富的氧化還原反應(yīng)，激活高價(jià)碘反應(yīng)實(shí)現(xiàn)高電位水系鋅碘電池的工作被陸續(xù)報(bào)道。該類工作主要通過(guò)電解液設(shè)計(jì)，錨定i+實(shí)現(xiàn)i-/i2/i+的四電子反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)高電位高理論比容量的水系鋅碘電池。
2、但是，這種設(shè)計(jì)往往需要較高的游離鹵素離子濃度，才能在水系電解液中實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的i+離子，而大量游離的鹵素離子由于點(diǎn)蝕作用，一方面，不僅會(huì)對(duì)鋅負(fù)極表面產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p害，出現(xiàn)腐蝕、析氫、枝晶生長(zhǎng)等問(wèn)題，而且也會(huì)對(duì)電池其余組件產(chǎn)生腐蝕，尤其是水系鋅碘電池在高溫條件下運(yùn)行時(shí)，上述問(wèn)題會(huì)進(jìn)一步加劇，因此嚴(yán)重影響了全電池的循環(huán)穩(wěn)定性；另一方面，在低溫環(huán)境下，緩慢的離子電導(dǎo)率還導(dǎo)致了電池性能低下。
3、可見(jiàn)，上述問(wèn)題極大地限制了水系鋅碘電池的運(yùn)行。為了突破這些限制，激活更高反應(yīng)電位的多價(jià)態(tài)碘轉(zhuǎn)化反應(yīng)以及改善電解液以拓寬鋅碘電池的工作溫度區(qū)間成為關(guān)鍵。此外，在傳統(tǒng)水系電解質(zhì)體系中，i+具有高度不穩(wěn)定性，傾向于被水解或者被氧化還原過(guò)程中動(dòng)力學(xué)緩慢產(chǎn)生的i3-中和。因此，探索兼顧實(shí)現(xiàn)寬溫域下快速可逆的i-/i2/i+轉(zhuǎn)化和穩(wěn)定的鋅負(fù)極的水系鋅離子電解液，對(duì)實(shí)現(xiàn)高能量密度的
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)公開(kāi)了一種水系鋅碘電池的電解液及其制備方法和寬溫域、高容量的水系鋅碘電池，可以解決現(xiàn)有水系鋅碘電池存在能量密度不足以及工作溫度區(qū)間有限的問(wèn)題。
2、本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案如下：
3、本專利技術(shù)的目的之一是提供一種水系鋅碘電池的電解液，由i+穩(wěn)定劑、氫鍵配體、低冰點(diǎn)氫供體溶劑和鋅鹽配制而成，所述i+穩(wěn)定劑、氫鍵配體、低冰點(diǎn)氫供體溶劑和鋅鹽的摩爾比為1:0.5:5:0.5～1.5。
4、作為優(yōu)選，所述i+穩(wěn)定劑、氫鍵配體、低冰點(diǎn)氫供體溶劑和鋅鹽的摩爾比為1:0.5:5:1.5。
5、作為優(yōu)選，所述i+穩(wěn)定劑為氯化膽堿或溴化膽堿。
6、作為優(yōu)選，所述氫鍵配體為尿素。
7、作為優(yōu)選，所述鋅鹽為七水合硫酸鋅。
8、作為優(yōu)選，所述低冰點(diǎn)氫供體溶劑為甲醇、乙二醇、丙三醇中的至少一種。
9、本專利技術(shù)的目的之二是提供上述電解液的制備方法，包括以下步驟：
10、步驟1：按比例稱取i+穩(wěn)定劑、氫鍵配體、鋅鹽于燒杯中，加入低冰點(diǎn)氫供體溶劑，獲得混合溶液，然后在60-70℃下攪拌1-2h，然后冷卻至室溫；
11、步驟2：向步驟1獲得的混合溶液中加入體積分?jǐn)?shù)為40-60％的去離子水，在常溫條件下超聲至溶液均勻透明，即得電解液。
12、本專利技術(shù)的目的之三是提供一種寬溫域、高容量的水系鋅碘電池，包括正極、負(fù)極、隔膜以及上述電解液。
13、作為優(yōu)選，所述正極為碘和活性碳的復(fù)合材料。
14、作為優(yōu)選，所述電池負(fù)極為金屬鋅。
15、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)及有益效果：
16、(1)本專利技術(shù)基于i+穩(wěn)定劑、氫鍵配體、低冰點(diǎn)氫供體溶劑和鋅鹽的相互作用合成了一種新型的電解液體系，不僅制備方法及操作過(guò)程簡(jiǎn)單、成本低廉，安全綠色環(huán)保，而且便于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。
17、(2)本專利技術(shù)制備電解液的過(guò)程中，基于物質(zhì)的反應(yīng)順序，先是氫鍵配體與鋅鹽形成氫鍵，促進(jìn)鋅鹽的溶解；再是低冰點(diǎn)氫供體溶劑破壞h2o分子之間的氫鍵網(wǎng)絡(luò)，如此，一方面是可以改變鋅的六水配位溶劑化結(jié)構(gòu)，并降低h2o分子的活性，從而抑制鋅負(fù)極相關(guān)的副反應(yīng)；另一方面，h2o分子活性的降低也使得電解液整體的凝固點(diǎn)降低，如此便可有效拓寬水系鋅碘電池的運(yùn)行溫度范圍，使水系鋅碘電池在-25℃～40℃溫度范圍內(nèi)具有優(yōu)異的循環(huán)性能。
18、(3)本專利技術(shù)制備鋅碘電池的過(guò)程中，利用親核特性的cl-與親電特性的碘正離子(i+)結(jié)合形成穩(wěn)定的i-cl互化物，可以有效抑制i+正離子的水解；利用ch+的催化作用則可以促進(jìn)碘分子的四電子轉(zhuǎn)化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，從而有效解決鋅碘電池難以實(shí)現(xiàn)的高輸出電壓和容量，提升了鋅碘電池的能量密度和循環(huán)穩(wěn)定性。
19、(4)本專利技術(shù)各環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣、相輔相成，其通過(guò)物質(zhì)的巧妙選用以及各物質(zhì)之間的配比，結(jié)合有效的制備方法，為實(shí)現(xiàn)鋅碘電池的寬溫域、高容量、高性能提供了可行性策略，非常適合大規(guī)模推廣應(yīng)用。
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1.一種水系鋅碘電池的電解液，其特征在于，由I+穩(wěn)定劑、氫鍵配體、低冰點(diǎn)氫供體溶劑和鋅鹽配制而成，所述I+穩(wěn)定劑、氫鍵配體、低冰點(diǎn)氫供體溶劑和鋅鹽的摩爾比為1:0.5:5:0.5～1.5。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水系鋅碘電池的電解液，其特征在于，所述I+穩(wěn)定劑、氫鍵配體、低冰點(diǎn)氫供體溶劑和鋅鹽的摩爾比為1:0.5:5:1.5。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種水系鋅碘電池的電解液，其特征在于，所述I+穩(wěn)定劑為氯化膽堿或溴化膽堿。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種水系鋅碘電池的電解液，其特征在于，所述氫鍵配體為尿素。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種水系鋅碘電池的電解液，其特征在于，所述鋅鹽為七水合硫酸鋅。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種水系鋅碘電池的電解液，其特征在于，所述低冰點(diǎn)氫供體溶劑為甲醇、乙二醇、丙三醇中的至少一種。
7.權(quán)利要求1～6任一項(xiàng)所述的電解液的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
8.一種寬溫域、高容量的水系鋅碘電池，包括正極、負(fù)極、隔膜，其特征在于，還包括權(quán)利要求1～6任一項(xiàng)所述
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的水系鋅碘電池，其特征在于，所述正極為碘和活性碳的復(fù)合材料。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的水系鋅碘電池，其特征在于，所述電池負(fù)極為金屬鋅。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種水系鋅碘電池的電解液，其特征在于，由i+穩(wěn)定劑、氫鍵配體、低冰點(diǎn)氫供體溶劑和鋅鹽配制而成，所述i+穩(wěn)定劑、氫鍵配體、低冰點(diǎn)氫供體溶劑和鋅鹽的摩爾比為1:0.5:5:0.5～1.5。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水系鋅碘電池的電解液，其特征在于，所述i+穩(wěn)定劑、氫鍵配體、低冰點(diǎn)氫供體溶劑和鋅鹽的摩爾比為1:0.5:5:1.5。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種水系鋅碘電池的電解液，其特征在于，所述i+穩(wěn)定劑為氯化膽堿或溴化膽堿。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種水系鋅碘電池的電解液，其特征在于，所述氫鍵配體為尿素。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張朝峰，劉玲，劉洋洋，王睿，張龍海，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：合肥水系能源科技有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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