一种用于氢离子电池的有机负极材料制造技术

本申请公开了一种用于氢离子电池的有机负极材料，该负极材料通过将2,3

【技术实现步骤摘要】
一种用于氢离子电池的有机负极材料


[0001]本专利技术属于氢离子电池
，尤其涉及一种用于氢离子电池的有机负极材料。

技术介绍

[0002]锂离子电池由于能量密度大、输出功率高、寿命长、重量轻、体积小、对环境友好等优点，占据了大部分动力电池与储能市场。然而，近年来，锂离子电池的高成本和安全性问题逐渐引起了人们的关注。因此，开发一种电化学储能装置来替代锂离子电池已成为当前研究的热点。水性水合氢离子电池具有安全性和低成本优点，是大规模储能技术的有前途的替代方案。因此，水性电池被认为是很有前途的替代品。在国内外研究人员的努力下，近年来水性电池取得了诸多突破，尤其是水系氢离子电池。如普鲁士蓝类似物(CuFe
‑
TBA)，具有大型三维通道被选为质子电池阳极，具有大通道的MoO3和WO3也与MnO2电极匹配，表现出了较好的储存质子可逆性。但是这些材料往往比容量也较低，不到90mAh g
‑1。相对而言，有机分子具有H+插入和分子间微弱的范德华力掩盖了库仑排斥，可减缓固态扩散，产生高比容量，结构多样性和经济友好。这些特点使有机分子成为传统无机电极材料的可持续替代品。
[0003]如美国休斯敦姚彦课题组(DOI:10.1038/NMAT4919)提出一种芘
‑
4,5,9,10
‑
四酮(PTO)为负极，PbO2为正极的氢离子电池，该电池可相对稳定的循环工作1500圈。随后复旦大学王永刚等(doi.org/10.1038/s41467
‑
020
‑
14748
‑
5)提出将芘
‑
4,5,9,10
‑
四酮(PTO)与MnO2电极匹配，电池表现出了0.85V的开路电压，可在酸性溶液中相对稳定地工作5000圈。但总体而言，对于大型储能系统，其长循化稳定性仍然略显不足。此外，PTO的合成明显要复杂的多，也不利于低成本储能。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种具有低成本、长循环稳定的氢离子电池用有机负极材料。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：一种有机化合物作为氢离子电池负极材料的用途，其具有如下结构：
[0006][0007]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0008](1)本专利技术以可规模化合成的低成本具有S偶联的二苯并[b,i]噻蒽
‑
5,7,12,14
‑
四酮(DTT)为负极，采用低廉易得的MnO2为正极，组装形成氢离子电池，经测试表明，此氢离子电池具有较高的开路电压，储存质子比容量可达212mAh g
‑1，长循环测试DTT在3A g
‑1的电流密度下，可稳定储能与转化次数超过4000次。
[0009](2)MnO2/DTT全电池可在2Ag
‑1的电流密度下稳定循环超过40000多次，远远高于现有的任何氢离子电池，表明了这种电池在大规模能量转换领域的潜在应用价值。
附图说明
[0010]构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0011]图1为DTT的核磁谱图。
[0012]图2为DTT的质谱图。
[0013]图3为DTT与MnO2全电池正负极循环伏安曲线(a)、倍率图(b)及长循环性能图(c)。
[0014]图4为DTT与MnO2全电池长循环性能图。
[0015]图5为DTT与MnO2全电池长循环性能图。
[0016]图6为DTT与MnO2全电池长循环性能图。
[0017]图7为全电池结构示意图。
具体实施方式
[0018]为了使本
的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
[0019]需要说明的是，术语“制备”、“制得”、“匹配”、“组装”应做广义理解。例如，可以是直接制得，或是通过中间媒介多步制得；可以是电极间两两匹配，或者是通过其它电化学装置进行匹配，又或者是多个电极单元间的多组件匹配；可以是整体式组装，多单元电化学装置间组装，或可拆卸式组装。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
[0020]本专利技术涉及的二苯并[b，i]噻蒽
‑
5,7,12,14
‑
四酮通过将2,3
‑
二氯萘醌与硫源反应，在溶剂中回流反应2
‑
12小时，然后过滤，收集滤饼，烘干制得。
[0021]作为实施例的优选方式，合成的硫源包括无机硫源S8、Na2S、NaHS、Na2S2O3、K2S、KHS、K2S2O3、NH4SCN、P2S5中的一种或多种,有机硫源CH3NS、CH3CSNH2(TAA)、CH4N2S、CH3SH、CH3CH2SH中的一种或多种。
[0022]作为实施例的优选方式，溶剂为DMF、DMSO、H2O、THF、EA等常用溶剂中的一种或多种。
[0023]将DTT与导电碳、水系粘结剂以一定比例混合，分散于低分子醇中，搅拌均匀，采用擀膜的方法，将上述近干的浆料涂在导电集流体上，随后在烘箱中60℃干燥12
‑
24h，得到
DTT电极即氢离子电池负极，将其与MnO2电极(正极)在同一电解液池中，进行组装，并进行相关电池性能测试。
[0024]作为实施例的优选方式，DTT与导电碳、水系粘结剂的质量比例为8:1:1
‑
6:3:1。
[0025]作为实施例的优选方式，低分子醇为乙醇，乙二醇，丙二醇，异丙醇，甘油等中任意一种。
[0026]下面实施例中涉及的DTT是将2,3
‑
二氯萘醌与Na2S在氮气氛围中，采用H2O回流，反应8小时，然后加大量水过滤，收集滤饼，烘干得DTT，其谱图如图1和图2所示。
[0027]下面实施例中涉及的MnO2电极是采用原位电沉积的方法，以亲水石墨毡(GF)碳导电基底为工作电极，2M H2SO4+2M MnSO4溶液为电解液，石墨棒为对电极，在10mA cm
‑2的电流密度下，恒电流氧化Mn
2+
溶液获得MnO2@GF电极。
[0028]将活性MnO2电极作为水合氢离子电池正极，将DTT电极作为水合氢离子电池负极，将正负极在同一电解液池中，进行组装，得到全电池结构，其结构示意图如图7所示，并进行相关电池性能测试。
[0029]实施例1
[0030]将DTT与导电碳(科琴黑)、水系粘本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种有机化合物作为氢离子电池负极材料的用途，其特征在于，其具有如下结构：2.如权利要求1所述的用途，其特征在于，所述有机化合物通过将2,3
‑
二氯萘醌与硫源反应，在溶剂中回流反应2
‑
12小时，然后过滤，收集滤饼，干燥制得。3.如权利要求2所述的用途，其特征在于，硫源选自无机硫源S8、Na2S、NaHS、Na2S2O3、K2S、KHS、K2S2O3、NH4SCN、P2S5中的一种或多种，或选自有机硫源CH3NS、CH3CSNH2、CH4N2S、CH3SH、CH3CH2SH中的一种或多种。4.如权利要求2所述的用途，其特征在于，溶剂为DMF、DMSO、H2O、THF、EA中的一种或多种。5.一种氢离子...

【专利技术属性】
技术研发人员：王艳荣，王财兴，赵梦帆，何顿永，张思宸，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：