一种水系卤素-氢气二次电池制造技术

本发明专利技术提供一种水系卤素

【技术实现步骤摘要】
一种水系卤素
‑
氢气二次电池


[0001]本专利技术涉及电化学储能
，具体涉及一种水系卤素
‑
氢气二次电池。

技术介绍

[0002]随着传统化石燃料的不断消耗，可再生能源被公认是解决能源危机的有效方法。但是，可再生能源的间歇性促使了一些电池用在电网储能的快速发展。虽然早期开发的铅酸电池，镍金属氢化物电池，以及液流电池都有望被广泛的应用。然而，要实现更高循环稳定性的水系电池，仍然面临着众多的挑战。因此，迫切需要开发一种新型的二次水系电池体系，以实现大规模的能量存储。
[0003]据研究，氢气电极在催化方面表现出的析氢反应与氢气氧化反应，具有低的过电位以及良好的稳定性。因此，氢气电极优异的电化学性能激励着研究人员对新型的氢气电池体系进行研究与探索。

技术实现思路

[0004](一)要解决的技术问题
[0005]针对上述问题，本专利技术提供了一种水系卤素
‑
氢气二次电池，用于至少部分解决传统电池难以实现大规模的能量存储、循环寿命短、安全性低等技术问题。
[0006](二)技术方案
[0007]本专利技术提供了一种水系卤素
‑
氢气二次电池，包括：电解液，为含有卤素离子的水溶液；正极，用于在其与电解液界面进行卤素不同价态之间的氧化还原反应；负极，用于在其与电解液界面进行H2O或H
+
到H2的氧化还原反应，其上承载有催化剂；隔膜，设于正极与负极之间。
[0008]进一步地，电解液为酸性、中性或碱性中的一种。
[0009]进一步地，卤素离子为碘离子、溴离子或氯离子中的一种。卤素不同价态之间的氧化还原反应为碘不同价态之间的氧化还原反应、溴不同价态之间的氧化还原反应或氯不同价态之间的氧化还原反应。
[0010]进一步地，碘不同价态为I
‑
、I3‑
、I2、IO
‑
或IO3‑
中的一种，溴不同价态为Br
‑
、Br3‑
、Br2、BrO
‑
或BrO3‑
中的一种，氯不同价态为Cl
‑
、Cl2或ClO3‑
中的一种。
[0011]进一步地，负极为集流体，集流体是承载催化剂的载体。
[0012]进一步地，催化剂包括贵金属、非贵金属或碳材料。
[0013]进一步地，贵金属包括Pt、Pd、Ir、Ru及其合金，所述合金包括PtNi、PtCo、PtMo、PtW、PtNiCo、PtNiMo及其组合，PdNi、PdCo、PdMo、PdW、PdNiCo、PdNiMo及其组合，IrNi、IrCo、IrMo、IrW、IrNiCo、IrNiMo及其组合，RuNi、RuCo、RuMo、RuW、RuNiCo、RuNiMo及其组合，所述贵金属还包括PtO2、PtOH、PtC、IrO2、IrC、IrN、IrS、IrP、RuO2、RuC、RuN、RuS、RuP及其组合，或其与纳米碳的混合物的至少一种，所述非贵金属包括Ni、NiMo、NiCoMo、MoC、MoC2、MoO2、MoS2、MoP、WC、WC2、WO2、WS2、WP、NiN、NiS、NiP、NiPS及其组合或其与纳米碳的混合物的中的
一种，所述碳材料包括微米或纳米球、微米或纳米颗粒、微米或纳米片、微米或纳米线或微米或纳米管结构中的一种。
[0014]进一步地，正极的电极材料包括碳材料、金属/非金属电极、多孔材料、导电聚合物或FTO、ITO导电玻璃。
[0015]进一步地，碳材料为石墨、石墨烯、碳布、碳纸、活性炭、碳微米或纳米纤维、碳毡、石墨毡，以及其杂原子处理改性物中的至少一种，所述金属/非金属电极为金电极、铂电极、玻碳电极中的一种，所述多孔材料为金属有机框架、共价有机框架或普鲁士蓝衍生物中的一种，所述导电聚合物为聚苯胺、聚吡咯、聚(3，4
‑
乙烯二氧噻吩)。
[0016]进一步地，二次电池负极内部的氢气压力为1～100atm。
[0017]进一步地，电解液中卤素离子的浓度范围为0.01～14mol/L。
[0018]进一步地，二次电池的结构包括扣电电池、圆柱型电池或液流电池。
[0019](三)有益效果
[0020]本专利技术实施例提供的水系卤素
‑
氢气二次电池，其正极采用电化学活性较好的吸附性材料，通过在正极/电解液界面上促进卤素不同价态之间氧化还原反应；负极发生快速的析氢反应与氢气氧化反应，所组成的卤素
‑
氢气电池表现出优异的电化学性能，具有与液流电池媲美的循环寿命。
附图说明
[0021]图1示意性示出了根据本专利技术实施例水系卤素
‑
氢气二次电池的反应机理示意图；
[0022]图2示意性示出了根据本专利技术实施例水系卤素
‑
氢气二次电池的外观照片；
[0023]图3示意性示出了根据本专利技术实施例水系卤素
‑
氢气二次电池在碘离子酸性电解液的充放电测试结果曲线；
[0024]图4示意性示出了根据本专利技术实施例水系卤素
‑
氢气二次电池在碘离子中性电解液的充放电测试结果曲线；
[0025]图5示意性示出了根据本专利技术实施例水系卤素
‑
氢气二次电池在碘离子中性电解液的循环性能测试结果曲线；
[0026]图6示意性示出了根据本专利技术实施例水系卤素
‑
氢气二次电池在碘离子中性电解液的倍率性能测试结果曲线；
[0027]图7示意性示出了根据本专利技术实施例水系卤素
‑
氢气二次电池在碘离子碱性电解液的充放电测试结果曲线；
[0028]图8示意性示出了根据本专利技术实施例水系卤素
‑
氢气二次电池在溴离子电解液的充放电测试结果曲线；
[0029]图9示意性示出了根据本专利技术实施例水系卤素
‑
氢气二次电池在溴离子电解液的倍率性能测试结果曲线。
具体实施方式
[0030]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。
[0031]本公开的实施例提供了一种水系卤素
‑
氢气二次电池，请参见图1，包括：电解液，
为含有卤素离子的水溶液；正极，用于在其与电解液界面进行卤素不同价态之间的氧化还原反应(例如图1所示的碳材料)；负极，用于在其与电解液界面进行H2O或H
+
到H2的氧化还原反应，其上承载有催化剂(例如图1所示催化剂附着在气体扩散层表面)；隔膜，设于正极与负极之间。
[0032]该水系卤素
‑
氢气二次电池，包括正极、负极和电解液。正极是能实现卤素不同价态之间氧化还原反应的电极材料，通过可溶性的卤素离子与更高价态的卤素物质在正极/电解液界面进行可逆的转换，负极是能实现氢气可逆的氧化和还原的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水系卤素
‑
氢气二次电池，其特征在于，包括：电解液，为含有卤素离子的水溶液；正极，用于在其与所述电解液界面进行卤素不同价态之间的氧化还原反应；负极，用于在其与所述电解液界面进行H2O或H
+
到H2的氧化还原反应，其上承载有催化剂；隔膜，设于所述正极与负极之间。2.根据权利要求1所述的水系卤素
‑
氢气二次电池，其特征在于，所述电解液为酸性、中性或碱性中的一种。3.根据权利要求1所述的水系卤素
‑
氢气二次电池，其特征在于，所述卤素离子为碘离子、溴离子或氯离子中的一种；所述卤素不同价态之间的氧化还原反应为碘不同价态之间的氧化还原反应、溴不同价态之间的氧化还原反应或氯不同价态之间的氧化还原反应。4.根据权利要求3所述的水系卤素
‑
氢气二次电池，其特征在于，所述碘不同价态为I
‑
、I3‑
、I2、IO
‑
或IO3‑
中的一种，所述溴不同价态为Br
‑
、Br3‑
、Br2、BrO
‑
或BrO3‑
中的一种，所述氯不同价态为Cl
‑
、Cl2或ClO3‑
中的一种。5.根据权利要求1所述的水系卤素
‑
氢气二次电池，其特征在于，所述负极为集流体，所述集流体是承载所述催化剂的载体。6.根据权利要求1所述的水系卤素
‑
氢气二次电池，其特征在于，所述催化剂包括贵金属、非贵金属或碳材料。7.根据权利要求6所述的水系卤素
‑
氢气二次电池，其特征在于，所述贵金属包括Pt、Pd、Ir、Ru及其合金，所述合金包括PtNi、PtCo、PtMo、PtW、PtNiCo、PtNiMo及其组合，PdNi、PdCo、Pd...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈维，朱正新，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：