一种有机双功能复合正极材料及其制备方法和应用技术

本申请涉及一种有机双功能复合正极材料及其制备方法和应用，属于电化学储能技术领域；正极材料包括活性炭和依次沉积于所述活性炭上的聚（4,4

【技术实现步骤摘要】
一种有机双功能复合正极材料及其制备方法和应用


[0001]本申请涉及电化学储能
，尤其涉及一种有机双功能复合正极材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]由于全球变暖等气候变化问题，太阳能、风能、潮汐能等可再生能源成为全球焦点，同时促使人们探索高效的、可持续的电化学能源储存体系。为应对大规模储能的重大需求，急需探索安全、高效的储能体系。可充锂电池已广泛应用于个人生活、社会生产。然而，由于锂电池固有的缺点，如锂（和钴）资源稀缺、成本高以及有机电解液易燃的严重安全风险，使得它们在迎接未来大规模能源储存设备的挑战时缺乏竞争力。相比之下，水系锌离子电池具有很多优点，如原料丰富廉价、使用无毒且不易燃的水系电解液、具有环境友好性、可逆性高、理论比容量较高等。
[0003]可充电水系锌碘电池具有低成本，高安全性等优点，在大规模储能体系中具有很大潜力。但是，电池充电过程中正极生成的可溶性聚碘离子（I3‑
，I5‑
）有穿梭现象，穿梭至负极侧与锌发生反应，导致电池自放电，引起容量衰减和库伦效率下降，这严重阻碍了其发展。

技术实现思路

[0004]本申请提供了一种有机双功能复合正极材料及其制备方法和应用，以改善正极生成的可溶性聚碘离子（I3‑
，I5‑
）的穿梭现象。
[0005]第一方面，本申请提供了一种正极材料，所述正极材料包括活性炭和依次沉积于所述活性炭上的聚（4,4
’‑
二氨基二苯醚）和I2。
[0006]作为一种可选的实施方式，所述正极材料中，I2的质量分数为40%~60%。
[0007]作为一种可选的实施方式，所述正极材料中，聚（4,4
’‑
二氨基二苯醚）的负载量为1.5~10mg/cm2。
[0008]作为一种可选的实施方式，所述正极材料的比表面积为（1500）~（2500）m2/g。
[0009]第二方面，本申请提供了一种正极材料的制备方法，所述方法包括：把聚（4,4
’‑
二氨基二苯醚）沉积到多孔活性炭（YP80）上，得到中间体；把I2沉积到所述中间体上，得到正极材料。
[0010]作为一种可选的实施方式，所述把聚（4,4
’‑
二氨基二苯醚）沉积到活性炭上，得到中间体包括：将涂有活性炭的电极片作为工作电极，放置在含有H2SO4和4,4
’‑
二氨基二苯醚的水的三电极系统中，使用铂片和甘汞电极分别作为对电极和参比电极，通过线性扫描伏安法将溶液中的4,4
’‑
二氨基二苯醚原位电聚合在活性炭上，得到中间体。
[0011]作为一种可选的实施方式，所述H2SO4的摩尔浓度为0.5~2.0M；所述4,4
’‑
二氨基二苯醚的摩尔浓度为0.02~0.06M；
所述线性扫描伏安法的扫速为10~25mV/s；所述线性扫描伏安法的电压区间为
‑
0.3~0.8V；所述线性扫描伏安法的循环圈数为20~200圈。
[0012]作为一种可选的实施方式，所述把I2沉积到所述中间体上，得到正极材料包括：在电解液为ZnSO4和KI的混合溶液的二电极体系中，以中间体为工作电极，以锌片为对电极，采用恒电流电解的方法将I2沉积至中间体上，得到正极材料。
[0013]作为一种可选的实施方式，所述电解液中KI的摩尔浓度为0.1~2mol/L；所述电解液中ZnSO4的摩尔浓度在0.2~3mol/L；所述恒电流电解的电流密度为15~25mA/cm2；所述恒电流电解的时间为4500~5000s。
[0014]第三方面，本申请提供了一种锌离子电池，所述电池包括第一方面所述的正极材料或第二方面所述的制备方法制得的正极材料。
[0015]本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：本申请实施例提供的该正极材料，包括活性炭和依次沉积于所述活性炭上的聚（4,4
’‑
二氨基二苯醚）和I2，高比表面积的活性炭的微孔结构与有机物中的氮元素通过对I2、I
‑
、I3‑
的物理限域与界面吸附，达到抑制穿梭效应，减少副反应和锌负极腐蚀的效果，起到提高复合正极材料反应动力学和稳定性作用。同时，聚（4,4
’‑
二氨基二苯醚）自身具有氧化还原活性，有利于电池的比容量，实现双储能机制以构筑先进水系锌离子电池的目标。
附图说明
[0016]此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
[0017]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]图1为本申请实施例提供的方法的流程图；图2为本申请实施例1提供的PODA@AC
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I复合材料的扫描电镜图一；图3为本申请实施例1提供的PODA@AC
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I复合材料的扫描电镜图二；图4为本申请实施例1提供的PODA@AC
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I复合材料的Mapping图像；图5为本申请实施例1、对比例1和对比例2提供的PODA@AC
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I复合材料，PODA@AC，AC
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I的Raman图；图6为本申请实施例1和对比例2提供的PODA@AC
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I复合材料与AC
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I材料分别作为锌离子正极的长循环图，恒电流充放电采用的小电流密度为3mA/cm2，其中横坐标为循环圈数；纵坐标为比容量，单位：毫安时/平方厘米；图7为本申请实施例1和对比例2提供的PODA@AC
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I复合材料、AC
‑
I材料分别作为锌离子正极的充放电曲线图，恒电流充放电采用的电流密度分别为3mA/cm2，其中横坐标为比容量，单位：毫安时/克；纵坐标为电压，单位：伏特；图8为本申请实施例1和对比例2提供的PODA@AC
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I复合材料、AC
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I材料分别作为锌离子正极的组装锌离子电池循环100圈后的锌负极扫描电镜图（左为Zn//PODA@AC
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I循环后
锌负极，右为Zn//AC
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I循环后锌负极）。
具体实施方式
[0019]为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，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的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0020]除非另有特别说明，本申请中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种有机双功能复合正极材料，其特征在于，所述正极材料包括活性炭和依次沉积于所述活性炭上的聚（4,4
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二氨基二苯醚）和I2。2.根据权利要求1所述的有机双功能复合正极材料，其特征在于，所述正极材料中，I2的质量分数为40%~60%。3.根据权利要求1所述的有机双功能复合正极材料，其特征在于，所述正极材料中，聚（4,4
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二氨基二苯醚）的负载量为1.5~10mg/cm2。4.根据权利要求1所述的有机双功能复合正极材料，其特征在于，所述正极材料的比表面积为1500~2500m2/g。5.一种有机双功能复合正极材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括：把聚（4,4
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二氨基二苯醚）沉积到活性炭上，得到中间体；把I2沉积到所述中间体上，得到正极材料。6.根据权利要求5所述的有机双功能复合正极材料的制备方法，其特征在于，所述把聚（4,4
’‑
二氨基二苯醚）沉积到活性炭上，得到中间体包括：将涂有活性炭的电极片作为工作电极，放置在含有H2SO4和4,4
’‑
二氨基二苯醚的水的三电极系统中，使用铂片和甘汞电极分别作为对电极和参比电极，通过线性扫描伏安法将溶液中的4,4
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【专利技术属性】
技术研发人员：叶李旺，樊晏辰，刘辰光，楚攀，赵宇，赵逸，李琦，王越洋，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：