水系电解液及水系电解型MnO2-Zn电池制造技术

本发明专利技术公开了一种水系电解液及水系电解型MnO2‑

【技术实现步骤摘要】
水系电解液及水系电解型MnO2‑
Zn电池


[0001]本专利技术涉及电化学储能
，尤其涉及一种水系电解液及水系电解型MnO2‑
Zn电池。

技术介绍

[0002]随着传统化石燃料的消耗及其对环境的污染，合理开发利用太阳能、风能、地热能等可再生能源愈发重要。但各种可再生能源受地域和环境等因素限制，存在着严重的随机性和间歇性，在智能电网的建设中可能会由于电力输送过程中的波动性造成对电网的破坏。因此，引入能源存储装备进行电网的调频及大规模储能显得至关重要。在各种形式的储能设备中，使用电化学储能的可充电电池被认为是一种切实可行的方案。
[0003]目前研究较为广泛的水系MnO2‑
Zn电池具有廉价、无污染、高安全性和高稳定性等特点，被视为下一代最具潜力的大规模储能技术。然而由于MnO2导电性的限制，MnO2正极存在面容量低、库伦效率低及循环稳定性受限等问题。为了获得高性能MnO2‑
Zn电池并应用于大规模储能，MnO2正极低面容量、库伦效率低、循环不稳定的问题迫切需要被解决。

技术实现思路

[0004](一)要解决的技术问题
[0005]针对上述技术问题，本专利技术设计了一种水系电解液及水系电解型MnO2‑
Zn电池，用于改善MnO2‑
Zn电池正极面容量低、库伦效率低及循环不稳定等技术问题。
[0006](二)技术方案
[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：
[0008]作为本专利技术的一方面，提供一种水系电解型MnO2‑
Zn电池，包括：
[0009]电解液，包括锌盐、锰盐和液态氧化还原介质，其中，电解液为酸性电解液；
[0010]正极，用于与电解液进行MnO2/Mn
2+
的氧化还原反应；
[0011]负极，用于与电解液进行Zn
2+
/Zn的氧化还原反应。
[0012]在其中一个实施例中，液态氧化还原介质的浓度为0.00001～10mol/L。
[0013]在其中一个实施例中，液态氧化还原介质包括溴离子添加剂、碘离子添加剂或氧钒离子添加剂中的一种或几种。
[0014]在其中一个实施例中，溴离子添加剂包括ZnBr2、KBr、MnBr2、C
12
H
28
Br中的一种或几种。
[0015]在其中一个实施例中，电解液中还包括溴素，其中，所述溴素的浓度为0.00001～10mol/L。
[0016]在其中一个实施例中，碘离子添加剂包含ZnI2、KI、MnI2、C
12
H
28
I中的一种或几种。
[0017]在其中一个实施例中，氧钒离子添加剂包含VOSO4、VO2NO3、V2(C2O4)3中的一种或几种。
[0018]在其中一个实施例中，电解液中还包括pH调节液，其中，电解液的pH值为0.01～7；
[0019]锰盐的浓度为0.00001～5mol/L；其中，锰盐包括MnSO4、MnCl2、Mn(NO3)2、MnBr2、MnI2、Mn(CH3COO)2、Mn(CF3SO3)2中的一种或几种；
[0020]锌盐的浓度为0.00001～30mol/L；其中，锌盐包括ZnSO4、ZnCl2、Zn(NO3)2、ZnBr2、ZnI2、Zn(CH3COO)2、Zn(CF3SO3)2、Zn(TFSI)2中的一种或几种。
[0021]在其中一个实施例中，pH调节液的浓度为0～10mol/L，其中，pH调节液包括H2SO4溶液、HCl溶液、HNO3溶液、CH3COOH溶液、H3PO4溶液、H2CO3溶液、H2SiO3溶液、HClO溶液中的一种或几种。
[0022]作为本专利技术的另一方面，提供一种用于上述水系电解型MnO2‑
Zn电池的水系电解液，包括：
[0023]锌盐、锰盐和液态氧化还原介质；
[0024]其中，水系电解液为酸性电解液。
[0025](三)有益效果
[0026]1、在电解液中添加液态氧化还原介质，由于液态氧化还原介质可以用于电池Zn
2+
电池的正极活性材料，具有高的电化学活性和高的可逆性。因此，在电池正极引入液态氧化还原反应介质会有效地提高MnO2正极反应的活性，支持MnO2/Mn
2+
的反应并提高正极反应动力学、库伦效率及面容量。
[0027]2、液态氧化还原反应介质能够在正极作为活性物质与MnO2/Mn
2+
共同参与反应，从而提高电池高面容量下的可逆性。同时，液态氧化还原介质以液态形式存在，不占据集流体的活性面积，可以实现正极的高面容量。
附图说明
[0028]图1是本专利技术实施例中电解液含0.2mol/L ZnBr2和0.2mol/L溴素的水系电解型MnO2‑
Zn电池的反应机理示意图。
[0029]图2是本专利技术实施例中电解液含0.2mol/L ZnBr2和0.2mol/L溴素的水系电解型MnO2‑
Zn电池的充放电曲线图。
[0030]图3是本专利技术实施例中电解液含0.2mol/L ZnBr2和0.2mol/L溴素的水系电解型MnO2‑
Zn电池的循环曲线图。
[0031]图4是本专利技术实施例中电解液含0.3mol/L ZnBr2和0.2mol/L溴素的水系电解型MnO2‑
Zn电池的充放电曲线图。
[0032]图5是本专利技术实施例中电解液含0.01mol/L ZnI2的水系电解型MnO2‑
Zn电池的充放电曲线图。
[0033]图6是本专利技术实施例中电解液含0.01mol/LVOSO4的水系电解型MnO2‑
Zn电池的充放电曲线图。
[0034]图7是本专利技术对比例中电解液未添加溴离子添加剂的水系电解型MnO2‑
Zn电池的充放电曲线图。
[0035]图8是本专利技术对比例中电解液未添加溴离子添加剂的水系电解型MnO2‑
Zn电池的循环曲线图。
具体实施方式
[0036]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术作进一步的详细说明。
[0037]根据本专利技术的实施例，提供了一种水系电解型MnO2‑
Zn电池，包括：
[0038]电解液，包括锌盐、锰盐和液态氧化还原介质，其中，电解液为酸性电解液；
[0039]正极，用于与电解液进行MnO2/Mn
2+
的氧化还原反应；
[0040]负极，用于与电解液进行Zn
2+
/Zn的氧化还原反应。
[0041]在电解液中添加液态氧化还原介质，由于液态氧化还原介质可以用于电池Zn
2+
电池的正极活性材料，具有高的电化学活性和高的可逆性。因此，在电池正极引入液态氧化还原反应介质会有效地提高MnO2正极反应的活性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水系电解型MnO2‑
Zn电池，包括：电解液，包括锌盐、锰盐和液态氧化还原介质，其中，所述电解液为酸性电解液；正极，用于与所述电解液进行MnO2/Mn
2+
的氧化还原反应；负极，用于与所述电解液进行Zn
2+
/Zn的氧化还原反应。2.根据权利要求1所述的水系电解型MnO2‑
Zn电池，其特征在于，所述液态氧化还原介质的浓度为0.00001～10mol/L。3.根据权利要求2所述的水系电解型MnO2‑
Zn电池，其特征在于，所述液态氧化还原介质包括溴离子添加剂、碘离子添加剂或氧钒离子添加剂中的一种或几种。4.根据权利要求3所述的水系电解型MnO2‑
Zn电池，其特征在于，所述溴离子添加剂包括ZnBr2、KBr、MnBr2、C
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Br中的一种或几种。5.根据权利要求4所述的水系电解型MnO2‑
Zn电池，其特征在于，所述电解液中还包括溴素，其中，所述溴素的浓度为0.00001～10mol/L。6.根据权利要求3所述的水系电解型MnO2‑
Zn电池，其特征在于，所述碘离子添加剂包含ZnI2、KI、MnI2、C
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I中的一种或几种。...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈维，郑新华，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：