【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电池及电致变色电解液，具体涉及锌离子电池及电致变色用低浓度杂化电解液，还涉及锌离子电池及电致变色用低浓度杂化电解液的制备方法。
技术介绍
1、金属锌具有廉价环保、低标准电极电位、高理论比容量、高析氢过电位等优点。因此，以金属锌作为负极的二次锌离子水系电池是理想的绿色电池体系，在大规模储能领域具有良好的应用前景。然而，电极/电解液界面副反应是制约水系锌离子电池商业化的最大壁垒。对于正极/电解液界面处，传统钒基、锰基氧化物都会缓慢的直接或间接溶解在电解液中，导致活性材料损失。同时伴有穿梭效应，造成锌负极的不均匀沉积。对于负极/电解液界面处，锌腐蚀、枝晶及析氢反应极易造成电池的胀气与短路。
2、电解液改性是优化电极/电解液界面反应的关键。近年来，高浓电解液引起了广泛的关注。通过大量锌离子及阴离子的引入，可以改变锌离子的配位结构及水分子中的氢键网络结构，最终降低水合锌离子中水分子的数量及自由水分子的活性，从而抑制电极/电解液界面副反应。然而，高浓电解液成本极高且粘度增大，无法在商业化生产中使用。低成本的低浓电解液研发是水系锌离子电池走向工业化的必经之路。然而，在低浓电解液中，电极/电解液副反应更加严重，主要涉及到锌负极的腐蚀、枝晶与析氢，及钒正极的溶解与穿梭效应。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供锌离子电池及电致变色用低浓度杂化电解液，可以降低电极/电解液界面副反应，提高器件的电化学性能，并且成本低廉，适合商业化应用。
2、本专利技术的另一目的
3、本专利技术所采用的第一个技术方案是，锌离子电池及电致变色用低浓度杂化电解液，由三氟甲烷磺酸锌((cf3so3)2zn)、有机溶剂和去离子水组成。
4、本专利技术的特征还在于：
5、有机溶剂为碳酸乙烯酯(ec)、碳酸丙烯酯(pc)、碳酸二甲酯(dmc)、磷酸三乙脂(tep)、二甲亚砜(dmso)、乙二醇二甲醚(dme)、二甲基甲酰胺(dmf)、乙腈(an)中的一种或几种。
6、有机溶剂与去离子水的体积比为9～1:1，三氟甲烷磺酸锌在有机溶剂与去离子水的混合溶液中的浓度为0.1-1.5摩尔/升，其中，升仅以有机溶剂和去离子水混合溶液计。
7、本专利技术所采用的第二个技术方案是，锌离子电池及电致变色用低浓度杂化电解液的制备方法，包括如下步骤：
8、步骤1、室温下，按照有机溶剂与去离子水的体积比为9～1:1称取溶液，均匀混合；
9、步骤2、称取三氟甲烷磺酸锌，将三氟甲烷磺酸锌加入到步骤1的混合溶液中震荡溶解，使三氟甲烷磺酸锌在混合溶液中的浓度为0.1-1.5摩尔/升，其中，升仅以有机溶剂和去离子水混合溶液计。
10、本专利技术的特征还在于：
11、步骤1中，有机溶剂为碳酸乙烯酯(ec)、碳酸丙烯酯(pc)、碳酸二甲酯(dmc)、磷酸三乙脂(tep)、二甲亚砜(dmso)、乙二醇二甲醚(dme)、二甲基甲酰胺(dmf)、乙腈(an)中的一种或几种。
12、本专利技术的有益效果是：
13、传统低浓度三氟甲烷磺酸锌溶液中锌离子主要以zn(h2o)62+形式存在，而其中的大量配位h2o是造成锌负极腐蚀的主要因素，而本专利技术电解液中通过有机共溶剂的加入，可以使其自身及三氟甲烷磺酸阴离子(otf-)共同进入到锌离子的初级溶剂化壳层中，形成zn(otf-)x(organic)y(h2o)z(2-x)+(z＜6)结构，这不仅可以降低配位h2o的数量还有助于在锌电极表面形成otf-基保护层。而有机共溶剂的加入比例至关重要，只有其加入比例大于等于去离子水(既本专利技术中规定的有机溶剂与去离子水的体积比为9～1:1)，才有显著效果。例如，在本专利技术的实施例3中，乙腈与去离子水的体积比为4:1时，获得了zn(otf-)0.81(an)1.78(h2o)3.411.19+结构。此外，有机溶剂中的丰富含o、n、s及f官能团会与水分子形成分子间氢键，降低自由水分子的活性，而这个作用也是在其含量大于等于去离子水时才显著。最终，本专利技术制备的电解液可以极大降低电极/电解液界面副反应，诸如：正极溶解与穿梭效应、负极腐蚀与枝晶等。将其用于锌离子电池可以在5ag-1的电流密度下提供约150mah g-1的比容量(钒基材料作为正极，锌作为负极)并稳定循环超过3000圈。将其用于电致变色可以实现棕红-橙-黄-绿的颜色转变，最大光学对比度68.2％(钒基材料作为电致变色层，锌作为对电极)。此外，该电解液成本低廉、制备过程简单、适合工业化量产。
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1.锌离子电池及电致变色用低浓度杂化电解液，其特征在于，由三氟甲烷磺酸锌、有机溶剂和去离子水组成。
2.根据权利要求1所述的锌离子电池及电致变色用低浓度杂化电解液，其特征在于，所述有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、磷酸三乙脂、二甲亚砜、乙二醇二甲醚、二甲基甲酰胺、乙腈中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的锌离子电池及电致变色用低浓度杂化电解液，其特征在于，所述有机溶剂与去离子水的体积比为9～1:1，三氟甲烷磺酸锌在有机溶剂与去离子水的混合溶液中的浓度为0.1-1.5摩尔/升，其中，升仅以有机溶剂和去离子水混合溶液计。
4.锌离子电池及电致变色用低浓度杂化电解液的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的锌离子电池及电致变色用低浓度杂化电解液的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、磷酸三乙脂、二甲亚砜、乙二醇二甲醚、二甲基甲酰胺、乙腈中的一种或几种。
【技术特征摘要】
1.锌离子电池及电致变色用低浓度杂化电解液，其特征在于，由三氟甲烷磺酸锌、有机溶剂和去离子水组成。
2.根据权利要求1所述的锌离子电池及电致变色用低浓度杂化电解液，其特征在于，所述有机溶剂为碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、磷酸三乙脂、二甲亚砜、乙二醇二甲醚、二甲基甲酰胺、乙腈中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的锌离子电池及电致变色用低浓度杂化电解液，其特征在于，所述有机溶剂与去离子水的体积比为9～1:1，三...
【专利技术属性】
技术研发人员：秦戬，李喜飞，戴珉浩，李嘉桐，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：
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