【技术实现步骤摘要】
本申请涉及一种全固态氢负离子电池，属于氢负离子导体领域。
技术介绍
1、全固态电池是近年来能源研究领域的热点之一，与传统的液态电解质电池相比，全固态电池使用固态电解质，能够有效避免液态电解质的漏液和燃烧问题，显著提高电池的安全性。目前全固态电池技术主要研究集中于锂、钠、钾离子导体，而氢负离子导体研究非常少。而由于h-/h2的高氧化还原电位（-2.3v）以及高能量密度，以氢负离子导体为基础的电化学装置有望实现能源储存和转换技术的革新。
2、关于氢负离子导体，大致可以分为金属氢化物以及多阴离子氢化物。对于金属氢化物，研究者上世纪发现空位对于这类化合物的电学性能有重要的影响，微量的na元素掺杂的氢化钙和氢化锶表现出显著的氢传导能力，h空位的引入不仅增加了载流子浓度，而且能有效抑制电子传导[g.i.panov., react.kinet.gatal.,1985,29,443-450.]。之后在bah2的研究中发现，bah2在高温时会发生一个可逆的相变过程，在这个过程中，h的一个位点会发生分裂，表现为h的占有率近乎下降了一半。大量的h空位使得h-离子的迁移能力大大增加，bah2的离子电导率要明显高于众多典型的质子或o2-离子导体[johnt.s.irvine, nat.mater.,2015,14,95-100.]。2023年，chen等人报道了一种通过球磨工艺可以有效抑制材料电子电导的策略，使lahx成为氢负超离子导体，促进了氢负离子电池的开发和应用[chen,
3、如果能够在金属氢化物中引入氮元素和氧元素，使得材料含有三种阴离子，则会形成一种特殊的氧氮氢化物（oxynitride hydride）。对于氧氮氢化物，目前仅有一例研究结果进行报道。研究人员在300℃-900℃下合成了baceoxnyhz，并研究了其晶体结构和合成氨催化活性[h.hosono, j.am.chem.soc.,2019,141,51,20344–20353.]。但是对于这种物质的氢负离子传导性能未进行研究。
4、综上所述，关于温和条件下多阴离子氢化物的合成及氢负离子传导的研究还很少。人们对氢负离子传导及各种阴离子的作用机理还很不清晰。如何调变合成条件来调控固态电解质的组成和结构，进而实现快速的氢负离子传导，仍需进一步的研究。
技术实现思路
1、碱土金属及稀土金属氢化物，如氢化锶、氢化钡、氢化镧等，是一类具有快速氢负离子传导的固态电解质材料。通过简单的球磨氢化镧可以有效抑制电子电导，使得其可以组装固态氢负离子电池进行放电测试。
2、在此基础上，申请人研究发现，碱土金属氨基化合物、氮化物、氢化物与稀土金属氨基化合物、氮化物、氢化物在氢气和含氧气氛下能够反应结合形成五元钡镧氧氮氢化物。
3、根据本申请的一个方面，提供了一种全固态氢负离子电池，包括一种包含氢负离子供体的正极和一种可以储存氢负离子的负极以及处于正极和负极之间的氢负离子固态导体。
4、所述氢负离子固态导体的化学式为m1αm2βoxnyhz。
5、其中，m1选自碱土金属元素ba、sr、ca、mg中的至少一种。
6、m2选自镧系金属元素la、ce、pr、nd、pm、sm、eu、gd、tb、dy、ho、er、tm、yb、lu中的至少一种。
7、0≤α≤6，0≤β≤4，且α、β不同时为0。
8、0<x≤6，0<y≤4，0<z≤12。
9、当m2为3价时，2α+3β=2x+3y+z。
10、当m2为4价时，2α+4β=2x+3y+z。
11、所述氢负离子固态导体通过以下步骤制备：将m1源与m2源混合，机械球磨，于氢气气氛下焙烧i，于含氧气氛下焙烧ii，得到所述氢负离子固态导体。
12、所述m1源选自m1的含氮化合物。
13、所述m2源选自m2的含氮化合物。
14、所述m1源选自ba3n2、sr3n2、ca3n2、mg3n2、ba(nh2)2、sr(nh2)2、ca(nh2)2、mg(nh2)2、banh、srnh、canh、mgnh中的至少一种。
15、所述m2源选自lan、cen、prn、ndn、pmn、smn、eun、gdn、tbn、dyn、hon、ern、tmn、ybn、lun、la(nh2)3、ce(nh2)3、pr(nh2)3、nd(nh2)3、pm(nh2)3、sm(nh2)3、eu(nh2)3、gd(nh2)3、tb(nh2)3、dy(nh2)3、ho(nh2)3、er(nh2)3、tm(nh2)3、yb(nh2)3、lu(nh2)3、la2(nh)3、ce2(nh)3、pr2(nh)3、nd2(nh)3、pm2(nh)3、sm2(nh)3、eu2(nh)3、gd2(nh)3、tb2(nh)3、dy2(nh)3、ho2(nh)3、er2(nh)3、tm2(nh)3、yb2(nh)3、lu2(nh)3中的至少一种。
16、所述机械球磨的转速为50~400rpm。
17、可选地，所述机械球磨的转速为50rpm、100rpm、150rpm、200rpm、250rpm、300rpm、350rpm、400rpm中的任意值或任意两者之间的范围值。
18、所述机械球磨的时间为1~48h。
19、可选地，所述机械球磨的时间为1h、2h、4h、6h、8h、12h、24h、36h、48h中的任意值或任意两者之间的范围值。...
【技术保护点】
1.一种全固态氢负离子电池，其特征在于，包括一种包含氢负离子供体的正极和一种可以储存氢负离子的负极以及处于正极和负极之间的氢负离子固态导体；
2.根据权利要求1所述的全固态氢负离子电池，其特征在于，所述氢负离子固态导体通过以下步骤制备：
3.根据权利要求2所述的全固态氢负离子电池，其特征在于，所述M1源选自M1的含氮化合物；
4.根据权利要求2所述的全固态氢负离子电池，其特征在于，所述M1源选自Ba3N2、Sr3N2、Ca3N2、Mg3N2、Ba(NH2)2、Sr(NH2)2、Ca(NH2)2、Mg(NH2)2、BaNH、SrNH、CaNH、MgNH中的至少一种；
5.根据权利要求2所述的全固态氢负离子电池，其特征在于，所述机械球磨的转速为50~400rpm；
6.根据权利要求2所述的全固态氢负离子电池，其特征在于所述机械球磨的时间为6~24h。
7.根据权利要求2所述的全固态氢负离子电池，其特征在于，所述焙烧I的时间为2~24h。
8.根据权利要求2所述的全固态氢负离子电池，其特征在于，所述含氧
9.根据权利要求2所述的全固态氢负离子电池，其特征在于，所述焙烧II的时间为2~8h。
10.根据权利要求1所述的全固态氢负离子电池，其特征在于，所述氢负离子固态导体在100℃以上时，H-离子电导率＞10-4S/cm，H-离子迁移数＞0.99。
...【技术特征摘要】
1.一种全固态氢负离子电池，其特征在于，包括一种包含氢负离子供体的正极和一种可以储存氢负离子的负极以及处于正极和负极之间的氢负离子固态导体；
2.根据权利要求1所述的全固态氢负离子电池，其特征在于，所述氢负离子固态导体通过以下步骤制备：
3.根据权利要求2所述的全固态氢负离子电池，其特征在于，所述m1源选自m1的含氮化合物；
4.根据权利要求2所述的全固态氢负离子电池，其特征在于，所述m1源选自ba3n2、sr3n2、ca3n2、mg3n2、ba(nh2)2、sr(nh2)2、ca(nh2)2、mg(nh2)2、banh、srnh、canh、mgnh中的至少一种；
5.根据权利要求2所述的全固态氢负离子电池...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈萍，刘树琨，曹湖军，张炜进，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。