【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】水溶剂化玻璃/非晶态固体离子导体
本公开内容提供经干燥的水溶剂化玻璃/非晶态固体,其为碱离子导体和具有大介电常数的电子绝缘体。本公开内容还提供了使用这种材料的电化学装置和方法,例如电池组(包括可再充电电池组、燃料电池)、电容器、由水电解生成的化学品(包括氢气(H2))、以及电子装置。电化学装置和产品使用离子导电和电子导电两者的组合。本公开内容还提供水溶剂化玻璃/非晶态固体,其为质子(H+)导体和电子绝缘体。
技术介绍
离子导体(同时也是电子绝缘体)被称为电解质;它们可以是液体或固体。电解质被用于各种电化学装置中,所述各种电化学装置不仅包括将电力作为化学能量储存在可再充电电池组中的那些电化学装置或者在燃料电池中作为电力释放化学能的那些电化学装置,而且还包括将电力作为静电电能储存在电双层电容器中的那些电化学装置。从电能储库(无论是从化学储库还是从静电储库)释放的电力是清洁能源。储存在燃料中并作为燃烧热释放的化学能是一种低效过程,并且燃烧还伴随有污染空气并加剧全球变暖的气体释放。电化学电池包含两个电极(即阳极和阴极)之间的电解质。液体电解质需要使用可透过液体电解质的两个电极的分隔;所述分隔防止电池内两个电极之间发生电子接触。固体电解质可以兼作电解质和分隔两者。在可再充电电池组中,阳极是还原剂;在燃料电池中,阳极催化还原剂燃料分离成其电子组分和离子组分的分离过程。在两种类型的电池中,将两个电极之间的化学反应的离子组分传输至电池内电解质中的阴极,但电解质迫使电子组分经由外部电路作为电压V下的电子电流I运动至阴极,以提供用于做功的电力P=IV。由于电解质中的离子电导率 ...
【技术保护点】
一种形成经干燥的水溶剂化玻璃/非晶态固体的方法,所述方法包括:通过以小于或等于玻璃/非晶态固体的水溶剂化极限的量添加水,将结晶钠离子(Na
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.06.18 US 62/181,606;2015.07.08 US 62/189,8651.一种形成经干燥的水溶剂化玻璃/非晶态固体的方法,所述方法包括:通过以小于或等于玻璃/非晶态固体的水溶剂化极限的量添加水,将结晶钠离子(Na+)或锂离子(Li+)电子绝缘体或其组成前体转化成水溶剂化玻璃/非晶态Na+或Li+离子导电固体,所述结晶钠离子(Na+)或锂离子(Li+)电子绝缘体或其组成前体包含与氧(O)、氢氧化物(OH)和/或至少一种卤化物键合的至少一种Na+或Li+。2.根据权利要求1所述的方法,其还包括添加玻璃成型氧化物、硫化物或氢氧化物并加热以排出挥发性成分。3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法,其中所述结晶,电子绝缘体,或其组成前体包括通式为A3-xHxOX的材料,其中0≤x≤1,A为所述至少一种碱金属,并且X为至少一种卤化物。4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法,其中所述结晶电子绝缘体或其组成前体包括玻璃成型添加剂,所述玻璃成型添加剂包括氧化物、氢氧化物和/或硫化物中的至少一种。5.根据权利要求4所述的方法,其中所述玻璃成型添加剂包括Ba(OH)2、Sr(OH)2、Ca(OH)2、Mg(OH)2、Al(OH)3、或BaO、SrO、CaO、MgO、Al、B2O3、Al2O3、SiO2、S和/或Li2S中的至少一种。6.根据权利要求4所述的方法,其中所述添加剂包括氧化物、氢氧化物和/或硫化物中的至少两种。7.根据权利要求5所述的方法,其中所述添加剂包括Ba(OH)2、Sr(OH)2、Ca(OH)2、Mg(OH)2、Al(OH)3、或BaO、SrO、CaO、MgO、Al、B2O3、Al2O3、SiO2、S和/或Li2S中的至少两种。8.根据权利要求4-7中任一项所述的方法,其中所述干燥水溶剂化玻璃/非晶固体包含小于2摩尔%的所述玻璃成型添加剂。9.根据权利要求4-8中任一项所述的方法,其中所述添加剂调节所述水溶剂化玻璃/非晶态固体的玻璃化转变温度Tg。10.根据权利要求1-9中任一项所述的方法,其中所述至少一种卤化物包括氯(Cl)、溴(Br)和/或碘(I)。11.根据权利要求1-10中任一项所述的方法,其中所述至少一种卤化物中的至少一部分作为卤化氢气体离开所述水溶剂化玻璃/非晶态固体。12.根据权利要求1-11中任一项所述的方法,其中所述氢氧化物反应形成H2O,所述H2O作为气态H2O离开所述水溶剂化玻璃/非晶态固体。13.一种形成H+导电水溶剂化电解质的方法,所述方法包括:通过添加水使结晶材料转化成玻璃/非晶态固体,所述结晶材料包含与至少一种酸性聚阴离子键合的至少一种碱金属和/或碱土金属阳离子,所述水的添加量小于或等于水在结晶材料中的溶剂化极限,使得水解离成与阳离子配合以形成聚阴离子的氢氧根(OH-)阴离子,并且所述水还解离成在酸性氧化物和所述聚阴离子的结构中可移动的质子(H+)。14.根据权利要求13所述的方法,其中所述酸性聚阴离子包括(SO4)2-和/或(PO4)3-。15.一种形成水溶剂化玻璃/非晶态固体的方法,所述方法包括:通过以小于或等于结晶电子绝缘体的水溶剂化极限的量添加水,使包含至少一种酸性聚阴离子和至少一种阳离子的结晶电子绝缘体转化成水溶剂化玻璃/非晶态质子(H+)导电固体。16.根据权利要求15所述的方法,其中以至少一种稳定的氢氧根聚阴离子的形式来稳定所述至少一种阳离子。17.根据权利要求15或权利要求16所述的方法,其中所述至少一...
【专利技术属性】
技术研发人员:约翰·B·古迪纳夫,玛丽亚·海伦娜·苏萨·索尔斯·德·奥利维拉·布拉加,约瑟·乔治·多·阿马拉尔·费雷拉,普利腾·辛格,
申请(专利权)人:德克萨斯大学系统董事会,波尔图大学,LNEG国家能源和地质学实验室,
类型:发明
国别省市:美国,US
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