一种新型锌碘水溶液电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种新型锌碘水溶液电池及其制备方法。新型的锌碘水溶液电池总共有三个腔室构成，在常规的两腔室中间加入一个新的腔室，分别用阴/阳离子膜进行隔离，中间腔室实现了阴/阳离子的分离和汇聚，具有决定电池性能的特性。本发明专利技术的工作电极采用碳量子点处理的石墨毡，中间腔室为一定浓度的锌碘溶液，阳极电解液为含锌离子溶液，阴极电解液为含碘离子溶液。这种锌碘电池能够很好的抑制锌碘电池的自放电现象，提高电池的工作稳定性，并能很好地抑制锌枝晶的生成，提高锌碘电池的循环性。与已知技术相比较，此种结构的水溶液锌碘电池具有优异的循环性能和储能稳定性。这项发明专利技术有助于扩展水溶液锌离子电池的应用范畴。助于扩展水溶液锌离子电池的应用范畴。助于扩展水溶液锌离子电池的应用范畴。

【技术实现步骤摘要】
一种新型锌碘水溶液电池及其制备方法


[0001]本专利技术属于水溶液电池储能领域，具体为一种锌碘电池结构设计方法，以及这种锌碘电池的制作方法，属于材料科学与工程领域。

技术介绍

[0002]相比于占市场统治地位的锂离子电池，水系电池比目前使用的有机电解液的非水系锂离子、钠离子和钾离子电池更安全，水系电解质也展现出巨大的竞争力，(1)低成本，不需无氧和干燥装配线，电解液和制造成本低；(2)由于水的非挥发性，从而展现无毒性和不可燃性；(3)由于水系介质的高离子导电性而具有快速充电和高功率密度的能力；(4)对电气和机械误处理的高耐受性等，因此水系离子二次电池依然具有很大的研发进步空间。锌碘电池由于所用电解液碘化锌(ZnI2)是一种环境友好材料、无毒且不易燃烧，因而受到了国内外研究人员的广泛关注。2015年，美国西北太平洋国家实验室的李斌及其团队首次提出了水系锌碘液流电池的概念[Li,B.et al.Ambipolar zinc
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polyiodide electrolyte for ahigh
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energy density aqueous redox flow battery.Nat.Commun.6,6303]，该电池的电解液采用 5摩尔每升的碘化锌溶液，放电能量密度高达167瓦时每升。近年来，静态锌碘电池的发展引起了人们的关注(专利：一种锌碘电池结构，CN201711142958.4)，此种新型锌碘电池可以降低器件结构的复杂度，去掉液体循环系统，然而锌碘电池的自放电问题以及循环稳定性仍大大阻碍着锌碘电池体系的应用。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种新型锌碘水溶液电池，此种电池有三个腔室构成，之间利用阴/阳离子膜隔开，石墨烯量子点修饰的石墨毡作为工作电极。借由上述技术方案，生产了一种新型的锌碘电池，中间腔室实现了阴/阳离子的分离和汇聚，具有决定电池性能的特性，使得此种结构的锌碘电池能够抑制锌枝晶的生成，提高电池循环性，并且很好的抑制了锌碘电池的自放电现象。
[0004]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0005]一种新型锌碘水溶液电池，包括三个腔室，中间腔室为缓冲溶液，另外两个腔室分别为阳极溶液和阴极溶液；所述的阳极溶液与阳极之间通过阳离子膜CEM 分隔开，阴极溶液与阴极之间通过阴离子膜AEM分隔开；阳极与阴极之间连接有电源或器件。借由上述技术方案，构建了一种新型的锌碘电池。
[0006]所述的缓冲溶液为一定浓度的锌碘溶液，锌碘溶液浓度变化范围1
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7摩尔每升。阳极电解液为含锌离子溶液，阴极电解液为含碘离子溶液，阳极电解液为含锌离子的水溶液，电解质可以是不同溶液浓度的硫酸锌，氟化锌，溴化锌，氯化锌，醋酸锌等，阴极电解液为含碘离子水溶液，电解质可以是不同溶液浓度的碘化锂，碘化钠，碘化钾等。
[0007]此种锌碘电池能够抑制锌锌枝晶的生成，提升锌碘电池的循环性，并且能很好的抑制锌碘电池的自放电现象。
[0008]上述新型锌碘水溶液电池的制备方法，包括以下步骤：
[0009]第一步、将石墨毡切成1cm
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1cm的小片作为基材，并在乙醇和去离子水中超声清洗，然后60℃干燥24小时；
[0010]第二步、将2
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10克柠檬酸放入坩埚中，在100
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400℃下加热直至柠檬酸融化，并显示橙色。在剧烈搅拌下，将橙色液体滴加到10
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50mL的质量浓度2
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10mg /mL的NaOH溶液中，并用相同质量浓度的NaOH将溶液的pH值中和至7.0，最终形成石墨烯量子点溶液；
[0011]第三步、取上述石墨烯量子点溶液放入离心管中，加入10
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25mL的去离子水，再将清洗干净的石墨毡放入。接着将离心管置于的超声浴中1
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10h，以使石墨烯量子点附着在石墨毡表面，最后将样品用去离子水冲洗干净并烘干。最终制得石墨烯量子点修饰的石墨毡；
[0012]第四步、构建三腔室的锌碘电池，三腔室之间用阴/阳离子膜进行隔离，中间腔室为一定浓度的锌碘溶液(浓度范围为1
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7摩尔每升)，阳极电解液为含锌离子溶液，阴极电解液为含碘离子溶液；
[0013]第五步、可以改变阴/阳腔室的不同电解质和浓度的水溶液，构建不同结构的锌碘水溶液电池，静置激活后，可以稳定的测试此种电池的充放电性能。
[0014]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0015]此种新型结构的锌碘电池很好的抑制了锌枝晶的生成，使得此种锌碘电池的循环性能获得了明显的提升。
[0016]此种新型结构的锌碘电池通过引入中间腔室，能很好的抑制锌/碘离子的络合，抑制了锌碘电池的自放电现象。
[0017]这种新型的锌碘水溶液电池，在常规的两腔室中加入一个新的过度腔室，分别用阴/阳离子膜进行隔离，中间腔室为一定浓度的锌碘溶液，阳极电解液为含锌离子溶液，阴极电解液为含碘离子溶液，这样可以通过选择合适的溶液来降低成本。
附图说明
[0018]图1锌碘电池的示意图(上图)。
[0019]图中，1
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电源或器件；2
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阳极3
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阴极；4
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阳离子膜(CEM)；5
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阴离子膜 (AEM)；6
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阳极溶液；7
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中间缓冲溶液；8
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阴极溶液。
[0020]图2锌碘电池的3个循环的充放电曲线，两腔室(上图)和三腔室(下图)锌碘电池的比较，溶液是2摩尔每升的锌碘溶液，充放电电流2毫安。(2M ZnI二腔室(上)和三腔室(下)锌碘电池的前三个周期的充放电曲线，充放电电流为和 2mA)
[0021]图3锌碘电池的充放电曲线，两腔室(上图)和三腔室(下图)锌碘电池的比较，溶液是5摩尔每升的锌碘溶液，充放电电流2毫安。(5M ZnI二腔室(上图)和三腔室(下图)电池的充放电曲线，充放电电流为和2mA)
[0022]图4锌碘电池的50周期的充放电曲线，两腔室(上图)和三腔室(下图) 锌碘电池的比较，溶液是5摩尔每升的锌碘溶液，充放电电流2毫安。
[0023]图5锌碘电池的稳定性测试，两腔室(上图)和三腔室(下图)锌碘电池的比较，溶液是5摩尔每升的锌碘溶液，充放电电流2毫安。
[0024]图6三腔室锌碘电池的稳定性测试，静置时长延长到12
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15小时。腔室溶液是5摩尔每升的锌碘溶液，充放电电流2毫安。
[0025]图7循环1000周期后电极样品的电子显微镜照片，包括两腔室锌碘电池的阳极(左上图)和阴极(左下图)，以及三腔室锌碘电池的阳极(右上图)和阴极(右下图)。
[0026]图8改变阴阳腔室溶剂的锌碘电池的充放电曲线，中间腔室1摩尔每升的锌碘溶液，阳极溶液为1摩尔每升的硫酸锌溶液，阴极溶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型锌碘水溶液电池，其特征在于：包括三个腔室，中间腔室为缓冲溶液，另外两个腔室分别为阳极溶液和阴极溶液；所述的阳极溶液与阳极之间通过阳离子膜CEM分隔开，阴极溶液与阴极之间通过阴离子膜AEM分隔开；阳极与阴极之间连接有电源或器件。2.根据要求1所述的一种新型锌碘水溶液电池，其特征在于：所述的缓冲溶液为一定浓度的锌碘溶液，锌碘溶液浓度变化范围1
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7摩尔每升。3.根据要求1所述的一种新型锌碘水溶液电池，其特征在于：阳极电解液为含锌离子溶液，阴极电解液为含碘离子溶液，阳极电解液为含锌离子的水溶液，电解质选自不同溶液浓度的硫酸锌，氟化锌，溴化锌，氯化锌，醋酸锌；阴极电解液为含碘离子水溶液，电解质选自不同溶液浓度的碘化锂，碘化钠，碘化钾。4.根据权利要求1
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3任意之一所述新型锌碘水溶液电池的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：第一步、将石墨毡切成1cm
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1cm的小片作为基材，并在乙醇和去离子水中超声清洗，然后60℃干燥24小时；第二步、将2
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10克...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐少辉，王毅然，王连卫，熊大元，
申请(专利权)人：华东师范大学，
类型：发明
国别省市：