本发明专利技术公开了一种液态金属负极材料和室温液态金属电池、制备方法和用途，所述负极材料为碱金属、芳香族化合物和醚类溶剂混合生成的墨绿色液体；其中，所述碱金属为金属钠、金属锂或金属钾中的任意一种；所述芳香族化合物为联苯、联苯的衍生物、萘、萘的衍生物、蒽或蒽的衍生物中的任意一种；所述醚类溶剂包括乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、或四乙二醇二甲醚等中的一种或多种。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及材料
，尤其涉及一种液态金属负极材料和室温液态金属电 池、制备方法和用途。
技术介绍
随着传统化石能源的日益枯竭及带来的环境问题日益突出，开发利用太阳能、风 能等可再生能源迫在眉睫。然而，由于太阳能、风能的波动性与间歇性导致了电网的不稳 定，所以需要大力发展大规模储能技术。大规模储能技术可以有效的解决太阳能、风能等可 再生能源间歇性供电的问题，实现需求管理、消除昼夜峰谷差、平滑负荷等。 目前主要的大规模储能技术有抽水蓄能、压缩空气储能、飞轮储能、电化学储能 等。各种储能技术具有各自的使用条件及优势，都处于积极的研发与演示阶段。其中储能用 化学电源如钠硫电池、全钒液流电池、锂离子电池作为大规模储能设备已经有了一些演示。 然而钠硫电池需要在300度高温下运行，熔融态金属钠和硫的直接使用导致了这 种电池存在着严重的腐蚀问题以及安全隐患。全钒液流电池所用的钒离子属于剧毒物质且 资源有限，另外其运行过程中存在着正负极活性物质的相互扩散的问题，而且这种储能电 池的能量密度并不高。锂离子电池作为大规模储能电池具有较好的性能，但是锂离子储能 电池的制造成本高。因此目前并没有一种储能电池能够能满足低成本、安全性好、原材料丰 富等综合性的要求。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种液态金属负极材料和室温液态金属电池、制备方法和用 途。所述液态金属负极材料具有液体的流动性、良好的电子导电和离子导电性、低的电位、 高的安全性以及良好的浸润性能，将这种材料作为负极制备成的电池具有高比能量、长循 环寿命的特性，可用于太阳能、风能等电站输出电能的存储。 第一方面，本专利技术实施例提供了一种负极材料为碱金属、芳香族化合物和醚类溶 剂混合生成的墨绿色液体； 其中，所述碱金属为金属钠、金属锂或金属钾中的任意一种或多种； 所述芳香族化合物为联苯、联苯的衍生物、萘、萘的衍生物、蒽或蒽的衍生物中的 任意一种或多种； 所述醚类溶剂包括乙醚、甲醚、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、 二丙醚、二异丙醚、乙基丁基醚、二丁醚、二戊醚、二异戊醚、二己醚、四氢呋喃、2-甲基四氢 呋喃、1，3_二氧环戊烷、4-甲基-1,3-二氧环戊烷、二甲氧基甲烷、1，2_二甲氧基丙烷、二氧 戊烷、1，4_二氧六环、环氧乙烷、环氧丙烷、1，1-二乙氧基乙烷、二甲基亚砜、环丁砜或二甲 基砜中的任意一种或多种。 第二方面，本专利技术实施例提供了一种如上述第一方面所述的液态金属负极材料的 制备方法，所述方法包括： toon] 在氩气的保护气氛中，将碱金属和芳香族化合物按照一定摩尔比加入醚类溶剂 中，静置，得到所述液态金属负极材料； 其中，所述碱金属为金属钠、金属锂或金属钾中的任意一种或多种； 所述芳香族化合物为联苯、联苯的衍生物、萘、萘的衍生物、蒽或蒽的衍生物中的 任意一种或多种； 所述醚类溶剂包括乙醚、甲醚、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、 二丙醚、二异丙醚、乙基丁基醚、二丁醚、二戊醚、二异戊醚、二己醚、四氢呋喃、2-甲基四氢 呋喃、1，3_二氧环戊烷、4-甲基-1,3-二氧环戊烷、二甲氧基甲烷、1，2_二甲氧基丙烷、二氧 戊烷、1，4_二氧六环、环氧乙烷、环氧丙烷、1，1-二乙氧基乙烷、二甲基亚砜、环丁砜或二甲 基砜中的任意一种或多种。 第三方面，本专利技术实施例提供了一种包含上述第一方面所述的液态金属负极材料 的可充放室温液态金属电池。 优选的，所述可充放室温液态金属电池还包括： 液体正极材料或浆料正极材料中的一种，以及离子导电、电子绝缘的固体电解质 膜； 其中，所述固体电解质包括用于传导钠离子、锂离子或钾离子的Na3Zr2Si 2PO12陶 瓷、Na-β " -Al2O3 陶瓷、K-β " -Al2O3 陶瓷、Li7La3Zr2O12 陶瓷或 LiwGeP2S12 陶瓷中的任意 一种。 优选的，所述浆料正极材料的制备方法包括： 将正极活性物质的固体粉末、碳粉按一定质量比混合均匀，加入一定量的支持电 解质并进行搅拌，即得到所述液体正极材料； 其中，所述正极活性物质包括：Na。.44Mn02、NaTi2(P0 4)3、Na3V2(Ρ04)3、 NaasLi0.Pia25Mna65O 2JaMg0.Pia4Mnll2Tia3OrSJ 3Fe(CN)6Ja4Fe(CN) 6JePO4 中的任一种或 多种。 优选的，所述浆料正极材料的制备方法包括： 将液体正极材料、碳粉按一定质量比混合均匀，加入一定量的支持电解质并进行 搅拌，即得到所述液体正极材料。 进一步优选的，所述液体正极材料为： 以对苯醌、对苯醌的衍生物、蒽醌、蒽醌的衍生物、苊醌、苊醌的衍生物、菲醌或菲 醌的衍生物中任一种或多种混合为溶质，以乙二醇二甲醚、碳酸丙烯酯、四乙二醇二甲醚、 二甲基甲酰胺或N-甲基吡咯烷酮任一种或多种混合为溶剂，构成的液体。 进一步优选的，所述液体正极材料的制备方法包括： 以0. 1~5mol的对苯醌、对苯醌的衍生物、蒽醌、蒽醌的衍生物、苊醌、苊醌的衍生 物、菲醌或菲醌的衍生物中任一种或多种混合为溶质，溶解于IL的以乙二醇二甲醚、碳酸 丙烯酯、四乙二醇二甲醚、二甲基甲酰胺或N-甲基吡咯烷酮任一种或多种混合的溶剂中， 加入一定量的支持电解质，即得到所述液体正极材料。 进一步优选的，所述液体正极材料为： 以二苯甲酮、苊、并四苯、并五苯或芘中任一为溶质，以乙二醇二甲醚、二乙二醇二 甲醚、四乙二醇二甲醚、二甲基甲酰胺或N-甲基吡咯烷酮任一种或多种混合为溶剂，构成 的液体。 进一步优选的，所述液体正极材料的制备方法包括： 以0. 1~5mol的二苯甲酮、危、并四苯、并五苯或花中任一种或多种混合为溶质， 溶解于IL的乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、二甲基甲酰胺或N-甲基吡 咯烷酮任一种或多种混合溶剂中，加入一定量的碱金属，静置，即得到所述液体正极材料。 进一步优选的，所述液体正极材料为： 以Na2Sx为溶质，以二甲基亚砜、二乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、二甲基甲酰 胺、N-甲基吡咯烷酮或水任一种或多种混合为溶剂构成的溶液；其中，3彡X彡12。 进一步优选的，所述液体正极材料的制备方法包括： 按照Na2S/S = V(x-l)的摩尔比将Na2S与S加入二甲基亚砜、二乙二醇二甲醚、 四乙二醇二甲醚或二甲基甲酰胺或N-甲基吡咯烷酮或水任一溶剂中，并加入一定量的支 持电解质搅拌至完全溶解，即得到所述液体正极材料； 其中，3 12。 进一步优选的，所述可充放室温液态金属电池为圆柱状电池，包括： 不锈钢壳体和固体电解质管； 所述固体电解质管无接触的嵌套于所述不锈钢壳体内，所述不锈钢壳体内壁与所 述固体电解质管外壁之间的密闭空间用于容置所述液体正极材料；所述固体电解质管内用 于容置所述液态金属负极材料。 进一步优选的，所述可充放室温液态金属电池为双液流电池，包括： 电池壳体、固体电解质膜、正极储液罐、负极储液罐和两个泵； 所述固体电解质膜将所述电池壳体分隔为密闭的正极空间和负极空间，其中所述 正极空间与所述正极储液罐相连，通过一个泵将正极储液罐中容置的所述液体正极材料泵 入所述正极空间中，所述负极空间与所述负极储液罐相连，通过一个泵将负极储液罐中容 置本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种液态金属负极材料，其特征在于，所述负极材料为碱金属、芳香族化合物和醚类溶剂混合生成的墨绿色液体；其中，所述碱金属为金属钠、金属锂或金属钾中的任意一种或多种；所述芳香族化合物为联苯、联苯的衍生物、萘、萘的衍生物、蒽或蒽的衍生物中的任意一种或多种；所述醚类溶剂包括乙醚、甲醚、乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、二丙醚、二异丙醚、乙基丁基醚、二丁醚、二戊醚、二异戊醚、二己醚、四氢呋喃、2‑甲基四氢呋喃、1，3‑二氧环戊烷、4‑甲基‑1,3‑二氧环戊烷、二甲氧基甲烷、1,2‑二甲氧基丙烷、二氧戊烷、1，4‑二氧六环、环氧乙烷、环氧丙烷、1，1‑二乙氧基乙烷、二甲基亚砜、环丁砜或二甲基砜中的任意一种或多种。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：胡勇胜，余觉知，褚赓，李泓，黄学杰，陈立泉，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11
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