【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电池，特别是涉及一种具有三维结构的负极、制备方法及应用。
技术介绍
1、转换能源结构、大力发展新型储能成为趋势。可充放锌空气电池由于其超高的理论能量密度1350wh·kg-1，优异的安全性能以及低廉的成本优势，成为大规模储能和电能转换技术的研究热点。
2、锌空气电池由锌负极和催化空气正极组成，两者之间隔离有电解质。空气正极使用来自空气的氧气与电解质中的氢离子结合形成水，同时释放电子，这些电子可以用来做功，例如为设备供电。锌空气电池的主要优点之一是其高能量密度，它们可以在相对较小的空间内储存大量的能量，这使它们非常适合在重量和尺寸很重要的应用中使用，例如在便携式电子产品或电动汽车中。
3、然而，锌空气电池技术也存在一些挑战。其中主要的问题是，电池并不能完全充电，锌负极会随着时间的推移逐渐退化，这可能会限制电池的使用寿命。目前锌空气电池中，负极材料仍以金属锌及其氧化物为主，包括锌板、锌膏和锌箔等。在电池循环充放电过程中，锌既作为活性物质参与到电极反应中，同时也作为集流体进行电荷的收集。当电池放电时，电极表面的锌溶解并以离子态进入到电解液中，充电时溶液中的离子态锌又被还原到电极表面。因此，在反复充放电过程中，负极的表面形貌及结构会发生显著变化，影响负极的电荷收集及电流分布，分布不均的电流和电解液的浓差极化会导致充电时离子态的锌在电极表面沉积不均匀，从而形成枝晶，影响电池的电化学性能及寿命。另外，随着电池充放电的过程，锌负极的形状和体积可能会随着时间的推移而改变，这可能会导致机械应力，随着时间的推移
4、目前主要的解决策略有对锌负极进行表面及结构改性、电解液改性，如引入无机材料等对锌电极进行表面涂覆，在电解液中加入表面活性剂等。但这些方法只能一定程度上缓解锌负极的形貌及结构变化，不能从根本上解决电极形变引起的循环运行周期以及稳定循环效率低的问题。
5、因此随着电池循环次数增加，需要开发一种适用于可充电锌空气电池的锌电极，提高可充放电锌空气电池的循环运行周期以及稳定循环效率，以满足日益发展的可充放电锌空气电池的使用需求。
技术实现思路
1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种具有三维结构的负极、制备方法及应用，用于解决现有技术中电极表面形成枝晶、电池的循环运行周期以及稳定循环效率低的问题。
2、为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种具有三维结构的负极，采用如上所述的制备方法制备获得，所述负极宏观表面具有规则的孔隙，或所述负极微观表面具有规则纹理。
3、本专利技术还提供一种具有三维结构的负极的制备方法，包括以下方法之任一：
4、方法一：将锌、锌合金或不含锌的导电材料进行精密铸造、机械加工或三维打印，清洗、加热、退火、表面处理得到宏观表面具有规则的孔隙的负极；
5、方法二：将锌、锌合金或不含锌的导电材料洗涤、干燥后进行预处理，将预处理后材料进行刻蚀，再次清洗、干燥得到微观表面呈规则纹理状的负极。
6、本专利技术还提供一种锌空气电池，包括如上所述的具有三维结构的负极。
7、如上所述，本专利技术的具有三维结构的负极、制备方法及其应用，具有以下有益效果：
8、1、本专利技术具有三维结构的负极，其宏观表面规则的孔隙或微观表面规则纹理结构有助于改善电极表面电流分布，诱导锌在电极表面均匀沉积，从而抑制枝晶的生长，三维多孔结构负极在循环充放电过程中，保持稳定的电极结构。
9、2、本专利技术具有三维结构的负极形状可控，具有大的比表面积，其多孔结构有利于传质过程，应用于锌空气电池可提高锌在集流体上的负载量，增大电池能量密度，在长时间运行过程中表现出了优异的沉积效果。
10、3、本专利技术的具有三维结构的负极作为锌空气电极的负极，能够使锌负极保持均匀电流分布从而抑制电极表面枝晶的形成，改善电池在循环充放电过程中负极结构形变而导致的寿命衰减。
11、4、本专利技术的制备方法适于各类水系锌基电池负极的构建，为锌基三维负极结构的设计提供了普适性的方法，且本专利技术具有三维结构的负极应用于锌空气电池中，得到了在较大电流密度20ma/cm2、单次充放电时长大于2小时、总循环数大于400圈的稳定运行结果，这为未来水系锌基电池的稳定运行打下了良好基础。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种具有三维结构的负极，其特征在于，所述负极宏观表面具有规则孔隙，或所述负极微观表面具有规则纹理。
2.如权利要求1所述的具有三维结构的负极，其特征在于，所述负极的材料选自锌、锌合金或不含锌的导电材料中的一种或多种；
3.一种如权利要求1～2任一项所述的具有三维结构的负极的制备方法，其特征在于，包括以下方法之任一：
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，方法一中，所述清洗为超声清洗；
5.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，方法二中，所述洗涤为依次采用去离子水、有机溶剂I进行超声清洗；
6.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，方法二中，所述预处理为采用砂纸对锌、锌合金或不含锌的导电材料表面进行打磨；或将锌、锌合金或不含锌的导电材料在酸溶液中浸泡。
7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述砂纸的目数为50～400目；
8.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，方法二中，所述刻蚀在有机酸溶液中进行，所述有机酸溶液为将有机酸分散于有机溶剂II中形成；
9.如权利要
10.一种锌空气电池，其特征在于，包括如权利要求1～2任一项所述的具有三维结构的负极。
...【技术特征摘要】
1.一种具有三维结构的负极，其特征在于，所述负极宏观表面具有规则孔隙，或所述负极微观表面具有规则纹理。
2.如权利要求1所述的具有三维结构的负极，其特征在于，所述负极的材料选自锌、锌合金或不含锌的导电材料中的一种或多种；
3.一种如权利要求1～2任一项所述的具有三维结构的负极的制备方法，其特征在于，包括以下方法之任一：
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，方法一中，所述清洗为超声清洗；
5.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，方法二中，所述洗涤为依次采用去离子水、有机溶剂i进行超声清洗；
6.如权利要求3所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙予罕，王慧，白玉佳，刘一健，
申请(专利权)人：上海簇睿低碳能源技术有限公司，
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。