一种基于十二电子转移的静态水系碘基电池制造技术

本发明专利技术提供一种基于十二电子转移的静态水系碘基电池，包括碘正极

【技术实现步骤摘要】
一种基于十二电子转移的静态水系碘基电池


[0001]本专利技术涉及碘基电池
，具体涉及一种基于十二电子转移的静态水系碘基电池
。

技术介绍

[0002]目前，锂离子电池
、
铅酸电池
、
液流电池等电池体系已经被广泛投入到市场中
。
其中，锂离子电池具有能量密度高
、
循环寿命长
、
充电时间短
、
自放电率低等优点，广泛应用于
3C
电子产品和电动汽车领域
。
可是，锂离子电池使用的有机电解液存在易燃易爆等安全问题，同时，锂离子电池面临生产成本高和资源短缺的问题，极大地限制了锂离子电池的实际应用
。
为了解决这些问题，迫切需要发展新型电池体系
。
水系电池以水作为电解液，拥有安全性高
、
操作简便
、
生产成本低等优势，已经成为新型电池体系的研究热点
。
此外，与有机电池相比，水系电池具有更高的离子电导率，理论上拥有更高的功率密度
。
但是，水系电池受限于水的工作电压窗口，具有低的能量密度
。
为了提高水系电池的能量密度，高浓盐电解液得到迅速发展，用于拓宽水的电压窗口，匹配更多的电极材料
。
但是，高浓盐电解液黏度大
、
离子电导率低
、
种类有限
、
价格高昂，从而限制了高浓盐电解液的进一步发展/>。
因此，开发具有高比容量的电极材料，成为提高水系电池能量密度的关键
。
[0003]水系电池的电极材料主要包括锰基
、
钒基
、
普鲁士蓝等嵌入型电极材料和氧族
、
卤族等转化型电极材料
。
嵌入型电极材料需要进行离子的嵌入和脱出，动力学过程缓慢
。
同时，嵌入型电极材料仅能提供有限的活性位点，比容量低
。
而转化型电极材料具有较快的动力学和较高的比容量，逐渐替代嵌入型电极材料，成为水系电池电极材料的主要研究方向
。
其中，卤族元素在自然界中分布广泛
、
储量丰富，极具研究和应用前景
。
卤族元素中碘元素具有丰富可变的价态
(
‑
1、0、+1、+3、+5、+7)
，为开发具有更高电位
、
更高容量的电极材料提供了可能性
。
传统的碘电极主要发生
I
‑
/I2之间的两电子转移反应，具有
211mAh g
‑1的理论比容量和
0.54V(vs.SHE)
的理论电位
。
理论上，当碘电极的更多电子转移被激活时
(I
‑
/I
+
、I
‑
/I
5+
)
，碘电极能够提供更高的比容量和更高的电位，这些将极大地提高水系电池的能量密度
。
目前，基于多电子转移水系碘电池的研究尚处于萌芽阶段，大多数研究仍然围绕
I
‑
/I2之间的两电子转移反应，研究进展缓慢且无较大突破
。
[0004]中国专利申请
(CN 116247311 A)
公开了一种基于多电子转移的水系碘基电池，通过使用高浓度酸性电解液激发多电子转移过程，提高整个反应的电化学可逆性
。
该技术方案的水系碘基电池属于一种液流电池，结构复杂，其中管道
、
储液罐
、
循环泵等辅助组件，大大降低了电池的能量密度，并增加了电池的制造成本
。
[0005]静态电池与液流电池具有不同的应用场景，液流电池运行时的电流密度远大于静态电池，因此液流电池更适用于大规模储能场景，而静态电池更适用于移动储能场景
。
然而不同形态的电池，电流密度
、
电解液浓度和组分
、
电极构造等因素之间存在着密切关系，对于静态电池而言，目前还没有公开采用多电子转移提高反应电化学可逆性进而改善电池电化学性能的方案
。
因此，研究静态电池体系中碘的多电子转移过程十分必要
。

技术实现思路

[0006]本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于十二电子转移的静态水系碘基电池，以碘正极为正极材料，以含有
H
+
、
碘离子稳定剂的水系溶液为电解液，并通过控制
H
+
、
碘离子稳定剂的浓度，改变充
、
放电反应机制，从而激发
I
‑
/I2/I
+
/IO3‑
十二电子转移反应机制，实现
IO3‑
的可逆电化学氧化还原过程，改善电池的电化学性能，提高静态水系碘基电池的能量密度
。
[0007]本专利技术的技术方案如下：
[0008]一种基于十二电子转移的静态水系碘基电池，包括碘正极
、
负极
、
以及电解液，所述电解液为含有
H
+
、
碘离子稳定剂的水系溶液；
[0009]其中，
H
+
由能在充
、
放电过程中提供质子的水溶性酸提供；碘离子稳定剂为能在充
、
放电过程中与
I
+
生成电子转移化合物的阴离子或者亲核水溶性溶剂；所述碘离子稳定剂中的阴离子为
Cl
‑
、Br
‑
、CN
‑
、SCN
‑
中的至少一种；所述碘离子稳定剂中的亲核水溶性溶剂为四氢呋喃
、
吡啶
、
胺
、
醚
、
酯中的至少一种；
[0010]电解液中，
H
+
浓度为
0.01
～
0.5M
，碘离子稳定剂的浓度为
0.05
～
0.5M
；
[0011]工作时在碘正极发生
I
‑
/I2/I
+
/IO3‑
可逆电化学反应
。
[0012]优选地，所述水溶性酸在常温下水中溶解度不低于
100g/L
，其为
HCl、H2SO4、HNO3、H3PO4、H2CO3、
柠檬酸
、
酒石酸
、
醋酸或草酸中的至少一种
。
[0013]优选地，所述碘离子稳定剂中
Cl
‑
源为在常温下水中溶解度不低于
100g/L
的水溶性盐，其为氯化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于十二电子转移的静态水系碘基电池，其特征在于，包括碘正极
、
负极
、
以及电解液，所述电解液为含有
H
+
、
碘离子稳定剂的水系溶液；其中，
H
+
由能在充
、
放电过程中提供质子的水溶性酸提供；碘离子稳定剂为能在充
、
放电过程中与
I
+
生成电子转移化合物的阴离子或者亲核水溶性溶剂；所述碘离子稳定剂中的阴离子为
Cl
‑
、Br
‑
、CN
‑
、SCN
‑
中的至少一种；所述碘离子稳定剂中的亲核水溶性溶剂为四氢呋喃
、
吡啶
、
胺
、
醚
、
酯中的至少一种；电解液中，
H
+
浓度为
0.01
～
0.5M
，碘离子稳定剂的浓度为
0.05
～
0.5M
；工作时在碘正极发生
I
‑
/I2/I
+
/IO3‑
可逆电化学反应
。2.
根据权利要求1所述的基于十二电子转移的静态水系碘基电池，其特征在于，所述水溶性酸在常温下水中溶解度不低于
100g/L
，其为
HCl、H2SO4、HNO3、H3PO4、H2CO3、
柠檬酸
、
酒石酸
、
醋酸或草酸中的至少一种
。3.
根据权利要求1所述的基于十二电子转移的静态水系碘基电池，其特征在于，所述碘离子稳定剂中
Cl
‑
源为在常温下水中溶解度不低于
100g/L
的水溶性盐，其为氯化锂
、
氯化钠
、
氯化钾
、
氯化锌
、
...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁宵，马文娇，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：