Zn-空气可充电电池制造技术

本发明专利技术涉及一种新型Zn

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】Zn
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空气可充电电池


[0001]本专利技术涉及一种新型Zn
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空气可充电电池，该Zn
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空气可充电电池具有炭/石墨阴极和包含添加剂(例如，PEG或泊洛沙姆(POLOXAMER))的二羧基遥爪聚亚乙基二醇(dicarboxyl telechelic polyethylene glycol)。合成的二羧基遥爪PEG被成功地应用于抑制在锌电极的表面上形成枝晶状(dendritic)和苔藓状沉积物。电极的重量在长期试验后没有变化。

技术介绍

[0002]可再生能源的储存和利用对于建立可持续社会是至关重要的。为此，为了实现适当的能量储存，应当开发有效且长寿命的电池。迄今为止，最常用和最流行的能量储存设备似乎是应用于电动车辆和其它电子器件中的锂离子电池[1]。然而，这些电池的使用存在一些限制，诸如，它们的能量密度不足，由于安全问题而缺乏高容量，以及Li供应的可用性非常有限[2,3]。最近，由于金属
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空气电池的高能量密度性质，已经开始尝试开发各种金属
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空气电池[4
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8]。在这些电池中，可充电锌
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空气电池已经成为研究领域的焦点[9
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11]。锌
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空气电池相对于基于Li
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离子的那些电池的主要优点之一是，与锂相反，锌在地壳中是丰富元素，此外，氧可直接从空气中获得。锌
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空气电池的其它优点是它们的高能量密度(1350Wh/kg)，另外，水系电解液为高容量可充电电池提供了安全的操作条件。这些电池的荷电率可以通过开发双官能阴极来实现，该双官能阴极可以促进氧析出反应(OER(oxygen evolution reaction)，用于充电)和氧还原反应(ORR(oxygen
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reduction reaction)，用于放电)[9]。有趣的是，在一些情况下，不同的电极被应用于充电和放电过程(使用不同的催化剂)[12
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15]，而其它开发的具有双官能活性的阴极仅使用一个电极提供两种反应[16
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19]。然而，开发具有高OER活性的催化剂似乎是一个大的挑战；另外，在充电过程中控制沉积的锌的形态也是经常发生的问题[20
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23]。锌沉积的形态主要取决于操作条件，例如，在低电流密度下形成苔藓状结构。此外，在增加电流密度时可能发生层状沉积(在中等密度下)，而在高电流密度下预期发生锌枝晶的形成。因此，锌电极表面的形态能够通过适当的充电方案来控制[24]。另一方面，一些研究指出，通过向电解液中加入不同的添加剂可以防止这种有害的枝晶形成。例如，十八烷基三甲基氯化铵(trimethyloctadecylammonium chloride，STAC)[20]、四丁基溴化铵[25]或溶解在电解液中的镍、铟[26]已经显示了抑制枝晶形成。还已经证明了使用氟化的表面活性剂能够减少苔藓状锌沉积[28]。
[0003]Banik和Akolkar为此目的使用了低分子量聚(亚乙基二醇
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二醇)(PEG200)并且报告了模型，该模型预测在高浓度PEG(10000ppm)的存在下、锌枝晶生长速率的数量级下降，这与实验结果一致[27]。
[0004]基于文献可以得出的结论是，仍然需要构建能够减少沉积物形成并且能够避免Zn电极的表面上的ZnO沉淀的可充电Zn
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空气电池。

技术实现思路

[0005]本专利技术涉及一种可充电Zn
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空气碱性电池，该可充电Zn
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空气碱性电池具有炭系空气阴极和锌阳极，所述碱性电池包括C2‑
C3亚烷基二醇单元(子单元或单体单元)的二羧基遥爪聚合物，优选包括含有氧化乙烯单元的二羧基遥爪聚合物。
[0006]本专利技术还涉及一种可充电Zn
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空气碱性电池，该可充电Zn
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空气碱性电池具有炭系空气阴极和锌阳极，所述碱性电池包括含有氧化乙烯单元的二羧基遥爪聚合物。
[0007]优选地，所述二羧基遥爪聚合物用作电池电解液中的添加剂。
[0008]优选地，所述二羧基遥爪聚合物降低了电荷转移过程的速率。
[0009]优选地，所述二羧基遥爪聚合物减少(优选避免)了在Zn电极上形成枝晶状沉积物和/或其它类型的沉积物。
[0010]优选地，根据本专利技术的聚(亚烷基
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二醇)具有的分子量(优选平均分子量)不高于3500Da，优选不高于2000Da，更优选不高于1000Da。
[0011]添加剂优选地螯合Zn(II)离子。优选地，Zn
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聚
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亚烷基
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二醇(COO)2降低了电荷转移过程的速率，并且优选地吸附在Zn电极的表面上。
[0012]特别地，二羧基遥爪聚合物是指包含C2‑
C3亚烷基二醇子单元的α,ω二羧基聚合物，其中聚合物的单体选自1,2
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乙二醇、1,2
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丙二醇、1,3
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丙二醇。优选地，子单元的至少部分是乙烯
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二醇子单元。优选地，至少10％(w/w)、至少20％(w/w)、更优选至少30％(w/w)、或特别是至少40％(w/w)的二羧基遥爪聚合物由亚乙基
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二醇子单元组成。
[0013]在优选的实施方案中，二羧基遥爪聚合物是二羧基遥爪PEG(α,ω二羧基
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聚(亚乙基二醇))。
[0014]优选的二羧基遥爪PEG的分子量不高于3300Da，优选不高于1500Da。
[0015]在某些实施方案中，放弃了二羧基遥爪PEG 600。在某些实施方案中，放弃了二羧基遥爪PEG、特别是双羧甲基醚(PEG BCME)。
[0016]在优选实施方案中，二羧基遥爪PEG的分子量是至少100Da或至少200Da。
[0017]在优选实施方案中，二羧基遥爪PEG的分子量为100至1400Da、优选200至1000Da、特别是300至900Da、更优选400至800Da或200至600Da、特别优选约600Da，例如500至700Da。
[0018]在另一优选实施方案中，二羧基遥爪聚合物是α,ω二羧基
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聚(亚乙基
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二醇)
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聚(亚丙基二醇)
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聚(亚乙基二醇)共聚物(泊洛沙姆)。优选地，至少10％(w/w)、至少20％(w/w)、更优选至少30％(w/w)或特别是至少40％(w/w)的二羧基遥爪聚合物由亚乙基二醇子单元组成。
[0019]在特定实施方案中，泊洛沙姆中亚丙基二醇含量为30
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70％w/w、优选40
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60％w/w、高度优选约50％w/w。
[0020]优选该泊洛沙姆的分子量不高于5本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种可充电Zn
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空气碱性电池，所述可充电Zn
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空气碱性电池具有炭系空气阴极和锌阳极，所述碱性电池包括C2
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C3亚烷基二醇单元(子单元或单体单元)的二羧基遥爪聚合物，优选包括含有环氧乙烷单元的二羧基遥爪聚合物。2.根据权利要求1所述的可充电Zn
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空气碱性电池，其中，所述阳极包括Zn板，并且所述阴极由石墨和炭组成。3.根据权利要求1至2中任一项所述的可充电Zn
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空气碱性电池，其中，所述电池的电解液仅包含KOH和[Zn(OH)4]2‑
、以及所述无毒性二羧基遥爪PEG添加剂。4.根据权利要求1至3中任一项的可充电Zn
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空气碱性电池，其中，赛璐玢用作半透膜，即分隔件。5.根据权利要求1至4中任一项所述的可充电Zn
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空气碱性电池，其中，所述电池具有1.2V至1.6V、优选1.25V的初始电池体电势。6.根据权利要求1至5中任一项所述的可充电Zn
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空气碱性电池，其中，所述二羧基遥爪聚合物是所述电池的电解液中作为添加剂的二羧基遥爪PEG(...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃斯特，
申请(专利权)人：德布勒森大学，
类型：发明
国别省市：