【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于锌基电解液改性领域，涉及一种低成本的，安全无毒的，用于锌基电池的电解液及其应用，可解决当前锌基电池面临的界面钝化严重和难以控制的锌枝晶问题，含有实现高可逆、高循环寿命、高能量密度的应用前景，从而大幅提高锌基电池在储能领域的商业应用可能性。
技术介绍
1、虽然锂离子电池(libs)在储能系统占主导地位，但人们对其安全隐患、高成本和资源有限等问题的担忧也越来越多。开发本质上安全、低成本和资源丰富的能源系统已经变得越来越紧迫。基于锌金属化学的可充电水锌基电池(razb)由于其独特的优点，可以满足上述要求，被认为是有前途的候选材料。与其他金属阳极(li,na,k)相比，zn阳极在水环境中表现出更平衡的动力学和优越的稳定性。然而，zn阳极面临着无序枝晶生长、析氢反应(her)、钝化反应等更为严峻的挑战，制约了razb的进一步发展。
2、钝化后的zn表面必然会加剧电场分布的不均匀性，导致成核更加局域化，进一步促进zn的任意取向沉积。此外，低浓度锌基电解质中的主要溶剂化结构是[zn(h2o)6]2+，这决定了界面寄生反应的发生。在这种情况下，锌沉积动力学的恶化导致锌沉积的可逆性较差，从而导致循环稳定性差，库仑效率(ce)低，甚至导致灾难性的电池故障。
3、到目前为止，许多方法都致力于解决这一具有挑战性的问题，如电解液优化、人工界面、锌阳极结构设计。其中，构建人工界面可以直接阻碍水分子进入界面，且可以引导锌离子的沉积。但仍存在工艺复杂，在长期循环下会由于体积变化而脱落、失效等，因此无法在高电流密度条件下正常
4、电解液调控可分为两大类。一类是调控锌离子的溶剂化结构；另一类是通过原位构建稳定界面以实现对锌离子沉积行为的调控。添加剂分子参与溶剂化鞘层结构的行为可以在某种程度上抑制水生反应的发生，但会严重减缓水合锌离子在界面脱溶进度，从而影响电池的倍率性能。因此，构建锌基电池稳定界面可以引导锌离子在界面的均匀沉积，并抑制腐蚀、析氢等副反应的发生，从而实现对沉积/剥离动力学的优化。基于此，本专利技术提供一种电解液，其主要通过两性离子分子有效达到以上调控的目的，因为该分子同时还有氢键受体和氢键供体两种基团。该分子同时可以随着长期循环ph的变化而改变分子结构，实现nach+阳离子和nac分子之间的可逆变换，从而实现对界面ph的稳定介导。
技术实现思路
1、针对现有技术上的以上缺陷和改进需求，本专利技术提出一种用于构建锌基电池稳定界面的电解液及其应用，其目的在于通过将两性离子添加剂加入电解液中。该添加剂是一种极佳的界面调节分子，其能够使电解液在长期循环过程中维持ph值稳定，有效溶解副产物zhs，可以通过与锌金属基底的反应构建一层较为致密的界面，有效避免了水在界面上的析氢反应，且有效引导了锌离子在界面的有序沉积。可提高锌基电池在高电流高容量条件下的循环可逆性和寿命。
2、为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
3、用于构建锌基电池稳定界面的电解液，所述电解液包括酸性锌盐znixj、溶剂和添加剂，溶液ph呈酸性，所述添加剂为两性离子添加剂，所述两性离子添加剂同时还有氢键受体和氢键供体两种基团，所述电解液在电池循环过程中能够维持ph值的稳定。
4、上述技术方案中，所述的两性离子添加剂是由如下化合物1在溶液中形成的由正电含氮杂环和负电羧基组成的水溶性分子；
5、
6、所述水溶性分子(记为nac分子)结构为：
7、该水溶性分子内同时包含正负两种电荷，其可以作为调节界面附近ph的介导。
8、进一步地，所述酸性锌盐znixj中，x是cl-、br-、i-、so42-、cf3so3-、no3-中的任一种或多种，i、j满足化学价态平衡。
9、进一步地，所述的添加剂在电解液中的浓度0.25-10g/l。
10、进一步地，所述电解液在电池循环过程中能够维持ph值基本不超过4，可有效溶解副产物zhs。
11、进一步地，所述锌基电池为水系锌离子电池、锌溴液流电池、锌金属电池、或其它以zn金属为电极的电池体系。
12、本专利技术通过在电解液中加入特定两性离子添加剂，其在溶液中形成水溶性分子，在中强酸性条件下会水解变为阳离子，即nach+，结构式如下所示，该阳离子可以对金属表面进行强吸附作用，该吸附层可以用于构建稳定界面。
13、
14、，引导锌离子在插层通道中实现均匀沉积，抑制枝晶的生长，从而稳定锌基电池的界面。
15、与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有的优势和作用机制在于：
16、1.本专利技术提供的电解液添加剂含负电羧基(-coo)和正电含氮杂环(nh+)，可以破坏zn2+周围六个水分子的溶剂化结构，减少在锌沉积时发生在界面处的析氢反应。
17、2.该两性离子添加剂可以随着长期循环ph的变化而改变分子结构，在中强酸中水解形成nach+阳离子，而在长期析氢中ph上升时转换为nac分子，因此实现nach+阳离子和nac分子之间的可逆变换，从而实现对界面ph的稳定介导。
18、3.本专利技术提供的电解液添加剂可以在锌电极表面构建一层稳定界面，提供了更多有效形核位点的“通道”，引导zn2+在界面均匀分布和沉积。且该致密的界面能进一步阻碍水分子进入界面，从而降低了界面副反应的发生。
19、4.本专利技术提供的电解液添加剂通过构建锌基电池稳定界面的方式，调控了锌表面可逆的剥离/沉积动力学，实现了zn2+在界面上插层式沉积的目标，显著提高了锌基电池的电化学性能。
20、5.本专利技术提供的电解液添加剂，具有价格低廉、安全、使用广泛等特有优势。在锌基电池及其他潜在储能领域有较大的应用前景和研究价值。本专利技术提供的一种构建锌基电池稳定界面的电解液添加剂能显著提高锌基电池的循环寿命和可逆性。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种用于构建锌基电池稳定界面的电解液，其特征在于，所述电解液包括酸性锌盐ZniXj、溶剂和添加剂，溶液pH呈酸性，所述添加剂为两性离子添加剂，所述两性离子添加剂同时含有氢键受体和氢键供体两种基团，所述电解液在电池循环过程中能够维持pH值的稳定。
2.根据权利要求1所述的用于构建锌基电池稳定界面的电解液，其特征在于，所述的两性离子添加剂是由如下化合物1在酸性溶液中形成的由正电含氮杂环和负电羧基组成的水溶性分子；
3.根据权利1所述的用于构建锌基电池稳定界面的电解液，其特征在于，所述酸性锌盐ZniXj中，X是Cl-、Br-、I-、SO42-、CF3SO3-、NO3-中的任一种或多种，i、j满足化学价态平衡。
4.根据权利要求1所述的用于构建锌基电池稳定界面的电解液，其特征在于：
5.根据权利要求2所述的用于构建锌基电池稳定界面的电解液，其特征在于，
6.根据权利要求1所述的用于构建锌基电池稳定界面的电解液，其特征在于，所述锌基电池为水系锌离子电池、锌溴液流电池、锌金属电池、或其它以Zn金属为电极的电池体系。
...
【技术特征摘要】
1.一种用于构建锌基电池稳定界面的电解液，其特征在于，所述电解液包括酸性锌盐znixj、溶剂和添加剂，溶液ph呈酸性，所述添加剂为两性离子添加剂，所述两性离子添加剂同时含有氢键受体和氢键供体两种基团，所述电解液在电池循环过程中能够维持ph值的稳定。
2.根据权利要求1所述的用于构建锌基电池稳定界面的电解液，其特征在于，所述的两性离子添加剂是由如下化合物1在酸性溶液中形成的由正电含氮杂环和负电羧基组成的水溶性分子；
3.根据权利1所述的用于构建锌基电池稳定界面的电解液，其特征在于，所述酸性锌盐znixj中...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。