锌基可充电氧化还原静态储能装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种锌基可充电氧化还原静态储能装置(1)，其包括均注入了共晶电解液的阴极(2)和阳极(3)，所述阴极(2)包括碳材料

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】锌基可充电氧化还原静态储能装置


[0001]本专利技术涉及可充电氧化还原储能装置，且更具体地涉及锌基可充电氧化还原静态储能装置，该装置具有高能量效率、长循环寿命、100％DOD和高速率充放电能力。

技术介绍

[0002]随着化石燃料的持续枯竭和使用化石燃料的增加的环境问题，技术正在转向绿色和可持续的替代品用于能源生产、利用和储存。现在使用绿色和可再生能源如太阳能、风能、地热能、潮汐能等进行发电正成为满足更多设备、技术和运输方面不断增长的能量需求的一个有希望的解决方案。然而，有效地利用这些可再生能源来满足能量需求面临许多关键的挑战，因为这些资源的间歇性和缺乏适当的设施将其能量以合适的能源形式储存。从可再生资源将能量转化为电能并储存起来供以后使用是最方便和有效的利用方式。
[0003]长期以来，各种储能装置如电池等被用于电力储存目的，并不时地被改进。在现有的可充电储能装置中，锂离子储能装置因为其高能量密度而在可充电储能装置市场中占主导地位，其应用包括电子产品(手机、笔记本电脑和智能手表等)、汽车部件。然而，锂离子电池有其缺点，包括供应链问题、材料和装配线的高成本、处置过程中的环境危害以及最重要的是最终产品的安全性。Xue Wang等人发表于Journal of Environmental Management上的题为“Economic and environmental characterization of an evolving Li
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ion battery waste stream”http://dx.doi.org/10.1016/j.jenvman.2014.01.021和Yanrong Wang等人发表于Energy Storage Materials杂志上的题为“Emerging non
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lithium ion batteries”http://dx.doi.org/10.1016/j.ensm.2016.04.001的综述报告谈到了锂离子储能装置固有的各种缺点和环境危害。
[0004]其他储能装置化学如铅酸电池的性能较差，循环寿命为300
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500次且库伦效率为70％，在特殊设计情况下达到最高90％。尽管综述报告如Xiaopeng Chen等人发表于IEEE的“An Overview ofLithium
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ion Batteries for Electric Vehicles，DOI:10.1109/ASSCC.2012.6523269”；Carl Johan Rydh等人发表于Energy Conservation&Management的“Energy analysis of batteries in photovoltaic systems.Part I:Performance and energy requirements，doi:10.1016/j.enconman.2004.10.003”和Xiayue Fan的“Battery Technologies for Grid
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Level Large
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Scale Electrical Energy Storage，https://doi.org/10.1007/s12209
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019
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00231
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w”公开了多种其他储能装置化学如铅酸电池，但仍存在需要解决的各种缺点。
[0005]铅和硫酸的利用也是一个环境问题(参考Jing Zhang等人发表于Procedia Environmental Sciences的综述文章“Study on the environmental risk assessment oflead
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acid batteries”，doi:10.1016/j.proenv.2016.02.103)。镍金属氢化物电池存在能量密度低、自放电率高、回收问题和高温下性能差的问题。与镍镉电池有关的主要问题是镉的毒性，以及能量密度低和放电率快。(参考P
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J.TSAI等人，“Nickel
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based batteries:materials and chemistry”，DOI:10.1533/9780857097378.3.309)
[0006]最近，其他可充电的储能装置化学(Zn2+、Ca2+、Mg2+和Na+)提供了安全和有前景的输出，获得了研究人员的关注。在这些储能装置替代品中，锌化学因为它丰富、成本低、在室温和高温条件具有高化学稳定性和物理稳定性、可回收性、生态友好以及与使用有关的高安全性而非常引人注目。除此之外，锌提供高阳极容量、无毒的性质和相对于标准氢电极的低氧化还原电势(
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0.76V)。到目前为止，已在许多储能装置化学中使用了锌，如锌空气电池、锌离子电池、锌
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二氧化锰电池、锌
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溴和镍
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锌电池。在这些锌基电池中，最早的锌
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二氧化锰电池由于其低成本和高能量密度而受到欢迎。Guozhao Fang等人的题为“Recent Advances in Aqueous Zinc
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Ion Batteries”的综述试图提及锌离子基电池技术的各种最新发展，但仍存在许多不足之处需要解决。
[0007]可充电锌储能装置的性能取决于盐的化学性质、所使用的浓度、电解液和用作电极的材料。通常由笨重的不对称有机阳离子和有机/无机阴离子组成的离子液体是另一种溶剂，人们正在探索它解决锌基可充电储能装置中使用的现有的电解液的产生的限制的可能的解决方案。即使是基于共晶溶剂的电解液，也被广泛称为基于深共晶溶剂(DES)的电解液，也正在作为现有电解液的可能的替代品进行试验。然而，离子液体甚至是基于共晶溶剂的电解液存在的局限性限制了它们作为锌基可充电储能装置的电解液的使用。锌沉积物的形态取决于离子液体的组成离子。成本、粘度、毒性等问题限制了现有电解液作为合适电解液的使用。关于使用离子液体或基于共晶溶剂的电解液作为锌基可充电储能装置的电解液的技术处于非常初级的阶段，有很多地方需要探索。
[0008]电极对储能装置的效率和寿命有很大影响。此外，可用于反应的电极的表面积在储能装置的性能中起着至关重要的作用。因此，总是希望有更合适的具有高表面积、物理、化学和结构稳定性的电极材料，从而提高储能装置的整体性能和寿命。
[0009]过去已经为获得高效的二次锌二氧化锰电池做出了许多努力。然而，二次锌储能装置有与锌枝晶形成相关的问题，反应的不可逆性导致了性能差、容量低和循环寿命有限。因此，尽管锌储能装置提供了可回收性、成本效益选择和易于制造(不同的组成形状、尺寸)以及大规模离网储能应用的替代解决方案和在公共交通中替代锂离子或铅酸储能装置的移动性，但它不能用锌基储能装置利用的现有化学达到期望的结果。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种锌基可充电氧化还原静态储能装置(1)，其特征在于，包括预先注入了比例在0.5
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1.5:2
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5之间的共晶电解液的阴极(2)；预先注入了比例在0.5
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1.5:2
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5之间的共晶电解液的阳极(3)；其中所述阴极(2)与集电器(5)连接；其中阳极(3)与集电器(6)连接；将所述阴极(2)和所述阳极(3)分开的隔板(5)，使离子交换通过离子渗透性在所述阴极(2)和阳极(3)之间进行。2.根据权利要求1所述的锌基可充电氧化还原静态储能装置(1)，其特征在于，其中所述阴极(2)包括重量比保持在80
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99.9:0.1
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20之间的碳材料
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粘结剂组合物；所述阳极(3)包括重量比保持在80
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90:10
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15.9:0.1
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10之间的碳材料
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锌材料
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粘结剂组合物；其中所述碳材料单独或组合地选自由以下组成的组：导电碳黑、石墨、碳颗粒、碳纳米颗粒、编织或非编织碳布、碳毡、碳纸、碳棒及其组合；其中所述粘结剂选自由PTFE、PVDF、SBR、CMC、PVA组成的组；其中所述锌材料选自由锌粉、锌尘、锌箔组成的组；其中所述共晶电解液包含一种或更多种锌的无机过渡金属盐，其选自由氯化锌、乙酸锌、甲磺酸锌、硫酸锌、三氟甲磺酸锌组成的组；一种或更多种选自由以下组成的组的金属盐：锰、镍、钛和铜金属与硫酸根阴离子、甲磺酸根阴离子、包括氯、溴的卤素阴离子的盐；过渡金属离子与阴离子如乙酸根、草酸根、甲酸根、次膦酸根、乳酸根、苹果酸根、柠檬酸根、苯甲酸根、抗坏血酸根的有机盐；一种或更多种金属氢氧化物，其选自由氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铝、氢氧化锌、氢氧化钙、氢氧化铯、氢氧化镁、氢氧化铁组成的组；其中将一种或更多种锌的无机过渡金属盐、一种或更多种金属盐以及一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：布林丹，
申请(专利权)人：离网能源实验室公司，
类型：发明
国别省市：