一种基于配离子催化氧化机制的硼化物电池制造技术

本发明专利技术提出了一种采用配体型化合物作为电解质的硼化物电池

【技术实现步骤摘要】
一种基于配离子催化氧化机制的硼化物电池


[0001]本专利技术涉及一种基于配离子催化氧化机制的硼化物电池，具体涉及通过配离子与硼化物配位结合从而降低阳极反应能垒实现放电功能的硼化物电池，属于化学电源领域
。

技术介绍

[0002]迄今为止，科技发展已彻底改变了我们的生活方式，但与之而来的能源与环境问题不容轻视
。
针对能源危机与环境污染，各类清洁可再生的新型能源被开发和利用，作为新能源应用环节中的重要角色，电池不仅实现了高效储存，还可直接参与终端使用
。
目前商业应用最为广泛的有锂离子电池
、
碱锰电池以及铅酸电池等
。
不过，随着各种用电设备对电池性能越来越高的要求，现行的电池技术受到了极大的挑战
。
为了进一步解决电池高能量密度和高安全性等核心问题，广大科技工作者不断地开发新材料技术或新电池体系以满足当前的各种场景用电需求
。
硼化物型电池是一类主要基于硼化物型阳极的新型电池体系
。
该类电极材料具有着显著的高能特性，如二硼化钒
、
二硼化钛等理论比容量分别为
4060
和
2314 mAh/g
，并且对水和空气环境稳定
、
污染小，该类电池有望缓解上述问题
。
[0003]目前，有关硼化物型阳极的电池体系研究相对较少，主要为碱性水系
VB2‑
空气电池
。
关于
VB2‑r/>空气电池的研究也基本是围绕其负极放电效率方面的，包括
VB2粉体超精细结构设计（
Electrochem Solid State Lett, 2011, 14(6): A83
‑
A5
）
、Ni
合金化设计（
J Inorg Mater, 2017, 32(2): 122
‑6）
、
物理阻隔型析氢抑制设计（
Chemical Communications 2006,4341
‑
4343
）以及阴离子导体型析氢抑制设计（
ACS Appl. Mater. Interfaces, 2019,11(5):5123
‑
5128
；专利技术专利
ZL201810005286.0
；
CS Appl. Mater. Interfaces, 11 (2019), pp. 5123
‑
5128
；专利技术专利
CN201910269633.5.
）等
。
而针对
VB2型阳极放电机理的研究，则仅有
VB
2 + 20OH
‑ꢀ
→ꢀ
VO
43
‑
+ 2BO
33
‑ꢀ
+ 10H2O + 11e
‑
（
Electrochem Solid State Lett, 2004, 7(7): A212
‑
A5
）
、VB
2 + 11/4O
2 + 2KOH
ꢀ→ꢀ
1/2K2B4O
7 + KVO
3 + H2O
（
J ELECTROCHEM SOC, 2015, 162(1): A192
‑
A7
）以及
VB
2 + 12OH
‑ꢀ
→ꢀ
VO
2+
+ 2B(OH)4‑ꢀ
+ 2H2O + 11e
‑
（
Chem. Eng. J. 388 (2020): 124257
）等
。
除了对于反应产物的相关分析外，并没有对硼化物的氧化过程等进行深入的考究
。
硼化物型电极反应机制认知的不足，限制了该类电池或电极材料的开发应用
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提出一种基于配离子催化氧化机制的硼化物电池
。
通过为硼化物型阳极匹配合适的配离子，并基于配离子与硼化物中的硼和金属元素之间的配位作用，实现硼化物型阳极能够在水系或有机系型电解液中发生氧化放电反应，从而实现具有高能量密度潜力的硼化物型电极材料在电池中的应用，促进硼化物型电池的技术开发
。
[0005]一方面，本专利技术提出了一种采用配体型化合物作为电解质的硼化物电池，所述配体型化合物的配位原子为
O
或
N
；所述硼化物为二硼化锰
、
二硼化钛
、
六硼化钙
、
二硼化铪
、
二硼化钒
、
二硼化钨
、
二硼化镁以及二硼化钼等，其中硼原子和金属原子均为接受孤对电子或
不定域电子的中心原子
。
[0006]在本公开中，硼化物型电池不再局限于碱性水系电解液体系，配体型电解质的溶剂还包括了有机溶剂
。
基于配体型化合物在各种溶剂中的溶解特性，以及与硼化物型阳极的配位适配性，并结合阴极反应特点，从而开发出具有新型反应机制的硼化物电池
。
[0007]较佳地，所述有机溶剂包括四氢呋喃
、
二甲基甲酰胺
、
碳酸丙烯酯
、
碳酸乙烯酯
、
碳酸二乙酯
、
二甲醚乙腈以及二甲亚砜等；所述阴极包括过渡金属氧化物
、
普鲁士蓝及其类似物
、
聚阴离子型化合物以及空气阴极等
。
[0008]较佳地，所述水系电解液用配体包括
NH3、OH
‑
、CO
32
‑
、NO3‑
、SO
42
‑
、PO
43
‑
以及
CrO
42
‑
等各种金属酸根离子；所述有机电解液用配体包括
NO3‑
、ClO4‑
、R4NClO4（
R
为烃基或烷基）
、R4NX
以及
OAc
‑
等羧酸根离子
。
[0009]较佳地，所述各种酸根离子盐的阳离子为
Li
+
、Na
+
、Mg
2+
、K
+
以及
NH
4+
等
。
[0010]较佳地，所述阳离子与配离子之间不存在配位作用或相对于硼化物仅有极弱的配位作用；所述阳离子在有机电解液中不仅可作为载流子还可参与阴极反应
。
[0011]另一方面，本专利技术提出了一种配离子催本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于配离子催化氧化机制的硼化物电池，其特征在于，所述配离子为配位原子是
O
或
N
的配体；所述配离子催化氧化机制，其特征在于，配离子与硼化物中硼原子及金属原子形成配位关系，从而削弱硼化物中的共价键
、
离子键等强结合作用，降低其氧化反应能垒；所述硼化物电池主要组成包括含配体的水系电解液或有机电解液
、
硼化物电极
、
正极等
。2.
根据权利要求1所述的配离子或配体，其特征在于，所述水系电解液用配体包括
NH3、OH
‑
、CO
32
‑
、NO3‑
、SO
42
‑
、ClO4‑
、PO
43
‑
以及
CrO
42
‑
等各种金属酸根离子；所述有机电解液用配体包括
NO3‑
、ClO4‑
、R4NClO4（
R
为烃基或烷基）
、R4NX
以及
OAc
‑
等羧酸根离子
。3.
根据权利要求2所述的配体，其特征在于同一电池体系中可存在多种配体
。4.
根据权利要求2所述的配体，其特征在于，所述各种酸根离子盐的阳离子为
Li
+
、Na
+
、Mg
2+
、K
+
以及
NH
4+
等
。5.
根据权利要求2所述的阳离子，其特征在于，与配离子之间不存...

【专利技术属性】
技术研发人员：温兆银，王凡奇，谷穗，吴相伟，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：