一种用于水系可充锌电池的弱酸性电解液添加剂及其应用制造技术

一种用于水系可充锌电池的弱酸性电解液添加剂及其应用，属于锌电池电解液技术领域。所述电解液添加剂为香草醛(C8H8O3)有机小分子，香草醛添加剂的用量为1

【技术实现步骤摘要】
一种用于水系可充锌电池的弱酸性电解液添加剂及其应用


[0001]本专利技术属于水系可充锌电池电解液
，具体涉及一种用于水系可充锌电池的弱酸性电解液添加剂及其应用。

技术介绍

[0002]由于锌资源丰富、低廉易得、环境稳定性高，且水系电解液安全性高，环境友好，因此水系可充锌电池作为一种新型绿色电化学能量储存技术近年来得到了人们的广泛关注。然而，由于水系可充锌电池存在锌负极的枝晶不可控生长以及电极/电解液的不可逆副反应等问题，导致电池的库伦效率低、循环稳定差，阻碍了水系可充锌电池的实际应用。
[0003]针对水系可充锌电池存在的问题，人们提出了界面修饰保护层、负极结构设计、电解液调控等多种改性策略。其中，电解液作为水系可充锌电池离子传输的重要载体，与锌负极直接接触，其组成和性能对锌离子的沉积行为、锌负极/电解液的界面稳定性具有重要影响。在不增加或基本不增加电池成本、不改变生产工艺的情况下，在电解液中添加少量添加剂，是一种简单有效的稳定锌负极、提高电池循环性能的方法。中国专利(CN112242571A)公开了一种用于稳定水系可充锌电池电极的电解液及锌离子电池，在电解液中添加硅纳米颗粒抑制循环过程中的枝晶生长，提升锌电池的循环寿命和循环稳定性。中国专利(CN 108649266B)公开了十二烷基二甲基甜菜碱、月桂酰胺丙基甜菜碱、十八烷基二羟乙基甜菜碱、聚环氧氯丙烷季铵盐、十八烷基乙氧基磺基甜菜碱等缓蚀剂作为锌电池电解液添加剂，在电解液中起到缓蚀剂、钝化抑制剂的作用，抑制了锌电极的腐蚀与钝化，提高了锌电极的利用率。非专利文献(J.Am.Chem.Soc.2020,142,51,21404
‑
21409)报道了在氯化锌电解液中加入添加剂二甲基亚砜，通过溶剂化结构设计抑制了水系电解液的水还原反应和锌枝晶生长。非专利文献(Angew.Chem.Int.Ed.2019,58,15841)报道了在硫酸锌电解液中加入添加剂聚丙烯酰胺，通过添加剂界面吸附作用和三维铜网基底均匀成核作用，协同促进了锌离子的均匀沉积。含单一官能团的分子作为电解液添加剂在提高锌负极可逆性和电池循环稳定性等方面展现出良好效果，但对于兼顾抗腐蚀和抑制枝晶仍然存在不足。鉴于此，含多个官能团的分子结构可赋予电解液添加剂提高锌离子吸附能力、引导电极/电解液界面锌均匀沉积、抑制析氢等多重功能，有望为协同解决锌电极腐蚀和枝晶问题提供新思路。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于，针对水系可充锌电池普遍存在的锌枝晶不可控生长、锌电极与电解液之间的不可逆副反应等问题，提供一种水系可充锌电池的弱酸性电解液添加剂及其应用。
[0005]本专利技术的技术方案：
[0006]一种用于水系可充锌电池的弱酸性电解液添加剂，所述电解液添加剂为香草醛，如式(1)所示的化合物：
[0007][0008]本专利技术同时提供了一种用于水系可充锌电池的弱酸性电解液，所述电解液配方包括香草醛添加剂、可溶性锌盐和去离子水。
[0009]进一步地，所述香草醛添加剂的浓度为1
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60mmol/L。
[0010]进一步地，所述可溶性锌盐为硫酸锌、乙酸锌、氯化锌、硝酸锌、氟化锌、六氟酸锌、三氟甲烷磺酸锌、双三氟甲烷磺酰亚胺锌或四氟硼酸锌中一种或一种以上。
[0011]进一步地，所述可溶性锌盐的浓度为0.01
‑
10mol/L。
[0012]本专利技术还提供了一种用于水系可充锌电池的弱酸性电解液的应用，将上述的用于稳定水系可充锌电池电极的电解液与正极、负极以及隔膜进行匹配，组装成水系可充锌电池。
[0013]进一步地，所述正极的活性材料为锰基氧化物、钒基氧化物、普鲁士蓝类似物、聚阴离子型化合物或有机化合物。
[0014]进一步地，所述负极为锌箔、锌板、锌片、电镀锌、泡沫锌、锌合金或锌单质材料。
[0015]进一步地，所述电池隔膜为玻璃纤维、滤纸或水系聚烯烃隔膜。
[0016]本专利技术的优点和有益效果：
[0017]1.本专利技术在电解液中引入香草醛添加剂，香草醛分子中含氧官能团(
‑
OH、
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OCH3、
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CHO)在充放电过程中使其原位吸附在锌负极表面，避免了锌电极与水系电解液的直接接触，有效抑制腐蚀反应的发生。
[0018]2.本专利技术在电解液中引入香草醛添加剂，香草醛分子中含氧官能团(
‑
OH、
‑
OCH3、
‑
CHO)在充放电过程中使其原位吸附在锌负极表面，有利于均匀电极/电解液界面处的锌离子流分布，并引导锌离子的定向沉积。
[0019]3.本专利技术制得的电解液兼具抑制腐蚀副反应和缓解枝晶生长的双功能特性，显著提升了水系可充锌电池的循环寿命和库伦效率。
[0020]4.本专利技术的电解液制备配方及制备工艺操作简单，所用香草醛添加剂为商业常用原料，原材料来源广泛，且成本低廉、环境友好，有利于放大应用。
附图说明
[0021]图1为锌电极在实施例1
‑
4和对比例2所配制电解液中浸泡前后的表面SEM图，图中a为未浸泡锌电极，b
‑
f分别为在2mol/L ZnSO4、2mol/L ZnSO4+3mmol/L香草醛、2mol/LZnSO4+5mmol/L香草醛、2mol/L ZnSO4+7mmol/L香草醛、2mol/L ZnSO4+7mmol/L香草醛电解液中浸
泡后的锌电极；
[0022]图2为锌电极在实施例2和对比例2所配制电解液中浸泡后的表面XRD图；
[0023]图3为锌电极在实施例1
‑
3和对比例2所配制电解液中的Tafel曲线；
[0024]图4为Zn/Zn对称电池在实施例2和对比例2所配制电解液中循环25圈后表面和断面SEM图，图中a为锌负极在2mol/L ZnSO4电解液中循环后的表面SEM图，b为锌负极在2mol/L ZnSO4+5mmol/L香草醛电解液中循环后的表面SEM图，c为锌负极在2mol/LZnSO4电解液中循环后的断面SEM图，d为锌负极在2mol/L ZnSO4+5mmol/L香草醛电解液中循环后的断面SEM图；
[0025]图5为Zn/Zn对称电池在实施例2和对比例2所配制电解液中的循环性能图；
[0026]图6为Zn/Cu非对称电池在实施例2和对比例2所配制电解液中的库伦效率；
[0027]图7为Zn/V2O5·
1.6H2O全电池在实施例2和对比例2所配制电解液中的循环性能和库伦效率；
[0028]图8为Zn/Zn对称电池在实施例11和对比例4所配制电解液中的循环性能图；
[0029]图9为Zn/Zn对称电池在实施例17和对比例8所配制电解液中的循环性能图。
具体实施方式
[0030]下面结合附图对本专利技术做进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于水系可充锌电池的弱酸性电解液添加剂，其特征在于，所述添加剂为式(1)所示的化合物香草醛：式(1)。2.一种用于水系可充锌电池的弱酸性电解液，其特征在于，所述电解液配方包括权利要求1所述香草醛添加剂、可溶性锌盐和去离子水。3.根据权利要求2所述的一种用于水系可充锌电池的弱酸性电解液，其特征在于，所述香草醛添加剂的浓度为1
‑
60mmol/L。4.根据权利要求2所述的一种用于水系可充锌电池的弱酸性电解液，其特征在于，所述可溶性锌盐为硫酸锌、乙酸锌、氯化锌、硝酸锌、氟化锌、六氟酸锌、三氟甲烷磺酸锌、双三氟甲烷磺酰亚胺锌或四氟硼酸锌中一种或一种以上。5.根据权利要求2所述的一种用于水系可充锌电池的弱酸性电解液，其特征在于，所述可溶性锌盐的浓度为...

【专利技术属性】
技术研发人员：程方益，赵康，张宇栋，邱晓光，李海霞，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：