【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于海水基锌金属电池，更具体地，涉及一种具有电荷梯度结构的锌负极界面膜和一种海水基水系电解液用于构建海水锌离子电池。
技术介绍
1、通过先进的储能技术将可再生能源集成到电网供应系统，对于缓解能源危机和推动绿色可持续发展具有重要意义。得益于高安全性、低成本和高能量密度的优势，可充电水系锌离子电池是未来规模化固定式储能的有力候选者。目前，水系电解液通常使用超纯去离子水配制，这意味着需要进一步将淡水进行彻底脱盐和纯化。天然海水占地球总储水量的~96.5%，并且具有高的离子电导率，使其成为了一种有潜力的水系电解液溶剂。随着淡水资源消耗的不断增加，开发天然海水作为水系电解液溶剂提供了一种更可持续的发展策略，这将有效地降低电池成本，缓解日渐加剧的淡水危机，并促进具有丰富可再生能源（风能、太阳能）的沿海地区的能源系统一体化建设。然而，海水体系中氯离子具有强大的渗透和界面吸附能力，容易引发金属点蚀，加速锌金属负极的腐蚀过程，导致库仑效率和循环寿命降低。此外，复杂离子组分可能会干扰锌离子的界面沉积，从而降低锌金属负极的稳定性。例如，局部ph波动可以促进复杂阳离子在锌金属表面形成沉淀或副产物，导致界面电阻和表面不均匀性增加，这将进一步加剧枝晶生长和界面寄生反应。这些严格的要求将去离子水电解液中使用的大多数锌负极保护策略排除在海水体系之外。因此，开发更为高效的离子调制策略来稳定海水基电解液中的锌金属负极是迫切需要的。
技术实现思路
1、针对于现有的技术缺陷或者改进需求，本专利技术提供了一种海水
2、为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提出了一种海水基电解液，所述的海水基电解液使用天然海水来取代去离子水作为溶剂来配制水系电解液。
3、作为进一步优选的，所述的天然海水直接取自近海区域，对所取海水进行简单的物理过滤以去除不溶性杂质，将过滤后的天然海水作为溶剂溶解电解液盐来配制水系电解液。
4、作为进一步优选的，所述的电解质盐包括znso4、zn(ch3coo)2、zncl2、zn(no3)2、zn(cf3so3)2、zn(tfsi)2和zn(bf4)2中的一种或多种，所述的电解质盐在海水基电解液中的浓度为0.5~3.0 mol/l。
5、按照本专利技术的另一个方面，提出了一种具有电荷梯度结构的锌金属负极的界面膜。所述的电荷梯度结构具有沿锌离子沉积方向逐渐增强的负电荷结构，可以通过静电作用有效地排斥具有海水基电解液中腐蚀性质的阴离子，同时加速锌离子的扩散，以此调节锌金属负极-电解液界面的离子扩散行为。
6、按照本专利技术的另一个方面，提出了一种具有电荷梯度结构的锌金属负极的界面膜的制备方法，使用多糖聚合物作为前驱体，基于扩散控制的界面静电络合反应来构建电荷梯度结构，包括以下步骤。
7、步骤1：将低浓度的聚阴离子多糖聚合物涂覆在锌金属负极表面。
8、步骤2：将高浓度的聚阳离子多糖聚合物涂覆在步骤1中涂覆有聚阴离子多糖聚合物的锌金属表面。
9、步骤3：使用去离子水清洗掉多余的多糖聚合物。
10、作为进一步优选的，所述的多糖聚合物前驱体包括聚阳离子多糖（壳聚糖）和聚阴离子多糖（海藻酸钠、黄原胶、k-卡拉胶、羧甲基纤维素钠）中的一种或多种。
11、作为进一步优选的，所述的低浓度聚阴离子多糖溶液的浓度为0.5 wt%-5.0 wt%,所述的高浓度的聚阳离子多糖溶液的浓度为30 wt%-60 wt%。
12、作为进一步优选的，聚阴离子多糖溶液和聚阳离子多糖溶液的静电络合反应时间为5 s-300 s。
13、总体而言，本专利技术所构思的以上技术方案与现有的技术相比，主要具有以下的技术优点。
14、1.本专利技术所述的海水基电解液是使用天然海水取代去离子水配制水系电解液，使用海水基电解液可以大幅度降低电池的组装成本，缓解淡水消耗压力。更进一步的，沿海地区具有丰富的可再生资源，例如，海上风能、太阳能、波浪能等，海水基电解液的开发有利于推动沿海固定式储能器件的可持续发展，促进沿海能源体系的一体化建设，因此表现出巨大的经济和环境效益。
15、2.本专利技术所述的具有电荷梯度结构的锌金属负极的界面膜的制备是使用多糖聚合物作为前驱体，更进一步的，这些多糖聚合物前驱体可以来自可再生海洋生物质，例如，蟹壳，海草等，表现出低成本和环境友好的优势。更进一步的，具有电荷梯度结构的锌金属负极的界面膜的制备是基于扩散控制的静电络合反应，所述的静电络合反应可以在开放的空气气氛中瞬间完成，因此，合成过程简单环保，符合可持续发展理念和规模化推广的要求。
16、3.本专利技术所述的锌金属负极界面膜具有沿锌离子沉积方向逐渐增强的负电荷结构，可以通过静电作用有效地排斥具有腐蚀性质的阴离子，同时加速锌离子的扩散，具有抑制锌金属负极在海水基电解液中的腐蚀问题和促进均匀沉积的双重优异效果，因此使用本专利技术提供的锌金属负极界面膜可以保障海水锌离子电池的长周期循环稳定性和安全性。
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1.一种锌离子电池的海水基水系电解液，其特征在于，所述的海水基水系电解液包括电解质盐和天然海水溶剂。
2.根据权利要求1中所述的海水基水系电解液，其特征在于，所述的溶剂为天然海水，天然海水直接取自近海区域，其处理方法为在使用前进行简单的物理过滤，去除掉不溶性杂质。
3.根据权利要求1中所述的海水基水系电解液，其特征在于，所述的电解质盐包括ZnSO4、Zn(CH3COO)2、ZnCl2、Zn(NO3)2、Zn(CF3SO3)2、Zn(TFSI)2和Zn(BF4)2中的一种或多种，所述的电解质盐在海水基电解液中的浓度为0.5~3.0 mol/L。
4.一种具有电荷梯度结构的锌金属负极界面膜，其特征在于，所述的界面膜的电荷性质是负电荷，所述的电荷梯度结构是沿着锌离子沉积方向逐渐增强的结构。
5.根据权利要求4中所述的具有电荷梯度结构的锌金属负极界面膜，其特征在于，使用多糖聚合物作为前驱体，基于扩散控制的静电络合反应来构建电荷梯度结构。
6.根据权利要求4和5中所述的具有电荷梯度结构的锌金属负极界面膜，其特征在于，所述的多糖聚合
7.根据权利要求4-6所述的具有电荷梯度结构的锌金属负极界面膜，其特征在于，所述的界面络合反应是通过在锌金属负极表面连续涂覆低浓度聚阴离子多糖溶液和高浓度聚阳离子多糖溶液来实现，依靠聚阳离子扩散来构建电荷梯度结构。
8.根据权利要求7所述的具有电荷梯度结构的锌金属负极界面膜，其特征在于，所述的低浓度聚阴离子多糖溶液的浓度为0.5 wt%-5.0 wt%，所述的高浓度的聚阳离子多糖溶液的浓度为30 wt%-60 wt%。
9.根据权利要求7所述的具有电荷梯度结构的锌金属负极界面膜，其特征在于，聚阴离子多糖溶液和聚阳离子多糖溶液的反应时间为5 s-300 s。
...【技术特征摘要】
1.一种锌离子电池的海水基水系电解液，其特征在于，所述的海水基水系电解液包括电解质盐和天然海水溶剂。
2.根据权利要求1中所述的海水基水系电解液，其特征在于，所述的溶剂为天然海水，天然海水直接取自近海区域，其处理方法为在使用前进行简单的物理过滤，去除掉不溶性杂质。
3.根据权利要求1中所述的海水基水系电解液，其特征在于，所述的电解质盐包括znso4、zn(ch3coo)2、zncl2、zn(no3)2、zn(cf3so3)2、zn(tfsi)2和zn(bf4)2中的一种或多种，所述的电解质盐在海水基电解液中的浓度为0.5~3.0 mol/l。
4.一种具有电荷梯度结构的锌金属负极界面膜，其特征在于，所述的界面膜的电荷性质是负电荷，所述的电荷梯度结构是沿着锌离子沉积方向逐渐增强的结构。
5.根据权利要求4中所述的具有电荷梯度结构的锌金属负极界面膜，其特征在于，使用多糖聚合物作为前驱体，基于扩散控制...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴敬一，范文杰，王兴杰，李治开，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：
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