【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于能源材料，尤其涉及一种具有杂化电离水平的安全稳定耐低温电解液。
技术介绍
1、在全球气候变暖和环境污染的严峻挑战下，探索使用清洁能源已经成为了各国的普遍共识。然而，此类分布式的可再生能源具有随机性、间歇性、波动性的典型特征，对传统电网会造成极大的冲击。鉴于此，“源网荷储”作为一种新型的电力运行模式，正逐渐被部署应用。它以“电源、电网、负荷、储能”为整体进行规划和运行。其中，储能系统作为“源网荷储”体系中的重要一环，可以连接可再生能源和不可再生能源，实现能源的跨时间和空间调度，以进一步优化系统资源配置，对减少新能源弃电、负荷限电等典型的应用场景具有显著效果。
2、在各类储能系统中，水系储能系统具备本质的安全性、廉价性、灵活性，有望逐步取代以抽水蓄能为代表的大型物理储能系统，以及以锂离子电池为代表的有机电化学储能系统。其中，以水系金属电化学储能器件为基础的储能系统，具备简洁的电化学反应过程和较高的理论比容量，使其具有巨大的应用潜力。
3、尽管如此，水系金属电化学储能器件的产业化应用，还存在着一些关键的科学性问题需要克服，主要为热力学问题和动力学问题。热力学方面，金属电极热力学自发的腐蚀寄生反应通常伴随着可燃性氢气的析出；动力学方面，金属电极侧枝晶状沉积物的生长，容易引发电池的短路失效和热失控。上述科学性问题，其本质在于金属电极与电解液的界面问题。
4、电解液方面，导致金属电极热力学和动力学问题的主要原因在于溶剂化水与金属电极的强烈相互作用，其作用方式可以分为体相和表面的形式(adv.
5、因此亟需克服现有电解液配方中的不足，从而缓解金属电极的热力学和动力学问题，提升电池的运行安全水平和稳定性。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是克服现有技术中的不足，提供一种具有杂化电离水平的安全稳定耐低温电解液。
2、这种具有杂化电离水平的安全稳定耐低温电解液，包括：溶剂s、具有杂化电离水平的活性溶质a和差异化电离水平的补充组分b；
3、溶剂s包括不可燃的水溶剂s1和液态辅助溶剂s2，水溶剂s1占溶剂s的质量分数≥90％，液态辅助溶剂s2为离子液体；
4、活性溶质a包括完全电离的活性溶质a1、部分电离的活性溶质a2和非电离的活性溶质a3；活性溶质a的相对于溶剂s的摩尔浓度为2～10mol/kg；a1、a2和a3占活性溶质a的摩尔分数分别为5％～95％、5％～95％和0.1％～20％；；
5、补充组分b包括与a1和a2中的一种或数种阴离子对应的酸和盐，酸和盐组成酸碱缓冲对，补充组分b相对于溶剂s的摩尔浓度为0.05～5mol/kg。
6、作为优选，电解液的ph值为2～12。
7、作为优选，离子液体s2中的阳离子包括咪唑盐离子、季铵盐离子、季鏻盐离子、吡咯盐离子和吡啶盐离子中的一种或数种，阴离子包括羧酸盐离子、硫酸盐离子、磷酸盐离子、膦酸盐离子、氰胺盐离子、酰胺盐离子及其衍生物中的一种或数种。
8、作为优选，完全电离的活性溶质a1和部分电离的活性溶质a2的阴离子所属酸的结构通式为r1-x(o)-oh或r1-(r2)x(o)-oh；其中x(o)代表x＝o双键结构，r1-(r2)x代表r1-x-r2单键型支链结构；x为碳、磷、硫、氯元素的一种或数种，基团r1和r2为链状烃基及其衍生基团、芳烃及其衍生基团、氨基及其衍生基团、羟基及其衍生基团、羰基及其衍生基团、硝基及其衍生基团、硫酰基及其衍生基团、氯氧基团中的一种或数种。
9、作为优选，非电离的活性溶质a3为具有反应活性的有机小分子，包括单体、二聚体、寡聚体中的一种或数种。
10、作为优选，非电离的活性溶质a3为不饱和烃的醇衍生物、不饱和烃的羧酸衍生物、不饱和烃的酰胺衍生物、不饱和烃的吡咯衍生物、不饱和烃的吡啶衍生物、苯胺及其衍生物、吡咯及其衍生物、噻吩及其衍生物中的一种或数种。
11、作为优选，补充组分b的酸碱缓冲对中，盐为碱金属盐、铵盐、多级铵盐中的一种或数种。
12、这种具有杂化电离水平的安全稳定耐低温电解液的制备方法，包括以下步骤：
13、步骤一、将不可燃的水溶剂s1和液态辅助溶剂s2混合得到溶剂s；
14、步骤二、将活性溶质a溶解于溶剂s中，得到前驱体混合液；
15、步骤三、将补充组分b添加至前驱体混合液中，固液分离处理后得到电解液。
16、作为优选，电解液用于以金属作为至少一侧电极的水系电化学储能体系，所述金属为镁、铝、锌、铅中的一种或数种，或为含以上至少一种金属的合金。
17、本专利技术的有益效果是：
18、1)本专利技术通过充分利用溶质中的电化学主要成分和辅助成分，实现其在溶剂中的杂化电离水平，以获得活性金属阳离子高效的体相和表面溶剂化水平的全方位调控，从而缓解金属电极的热力学和动力学问题，提升电池的运行安全水平和稳定性；相比于现有的电解液调控方法，通过开发具有杂化电离水平的活性溶质组合以及补充组分，可以有效调节电化学活性金属离子溶剂化结构，得到的电解质的耐低温水平高，且该具有杂化电离水平的安全稳定耐低温电解液，选用了廉价的电解液组分和产业化兼容的制备工艺，并具备极高的活性溶质多功能化利用率，因此具备巨大的产业化潜力，结合本质安全的水基溶剂，该电解液的制备和使用安全性均得到极大提升。
19、2)本专利技术实现了活性金属阳离子高效的体相和表面溶剂化水平的全方位调控，这种调控，依靠电解液的主要成分实现了传统络合剂/整平剂和缓蚀剂的双重效果，分别解决了动力学的枝晶问题和热力学的腐蚀问题，并实现了高浓度的有效添加剂量，可以达到现有添加剂的几十上百倍。
20、3)本专利技术借助电化学活性溶质a的本质属性，改变了mn+-h2o和h2o-h2o之间的相互作用，提升了电解质的本质的耐低温能力，不需要依靠大量易燃/易挥发的非本质安全的有机溶剂实现，且具有本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种具有杂化电离水平的安全稳定耐低温电解液，其特征在于，包括：溶剂S、具有杂化电离水平的活性溶质A和差异化电离水平的补充组分B；
2.根据权利要求1所述的具有杂化电离水平的安全稳定耐低温电解液，其特征在于，电解液的pH值为2～12。
3.根据权利要求1所述的具有杂化电离水平的安全稳定耐低温电解液，其特征在于，离子液体S2中的阳离子包括咪唑盐离子、季铵盐离子、季鏻盐离子、吡咯盐离子和吡啶盐离子中的一种或数种，阴离子包括羧酸盐离子、硫酸盐离子、磷酸盐离子、膦酸盐离子、氰胺盐离子、酰胺盐离子及其衍生物中的一种或数种。
4.根据权利要求1所述的具有杂化电离水平的安全稳定耐低温电解液，其特征在于，完全电离的活性溶质A1和部分电离的活性溶质A2的阴离子所属酸的结构通式为R1-X(O)-OH或R1-(R2)X(O)-OH；其中X(O)代表X＝O双键结构，R1-(R2)X代表R1-X-R2单键型支链结构；X为碳、磷、硫、氯元素的一种或数种，基团R1和R2为链状烃基及其衍生基团、芳烃及其衍生基团、氨基及其衍生基团、羟基及其衍生基团、羰基及其衍生基团、硝基及其
5.根据权利要求1所述的具有杂化电离水平的安全稳定耐低温电解液，其特征在于，非电离的活性溶质A3为具有反应活性的有机小分子，包括单体、二聚体、寡聚体中的一种或数种。
6.根据权利要求1所述的具有杂化电离水平的安全稳定耐低温电解液，其特征在于，非电离的活性溶质A3为不饱和烃的醇衍生物、不饱和烃的羧酸衍生物、不饱和烃的酰胺衍生物、不饱和烃的吡咯衍生物、不饱和烃的吡啶衍生物、苯胺及其衍生物、吡咯及其衍生物、噻吩及其衍生物中的一种或数种。
7.根据权利要求1所述的具有杂化电离水平的安全稳定耐低温电解液，其特征在于，补充组分B的酸碱缓冲对中，盐为碱金属盐、铵盐、多级铵盐中的一种或数种。
8.如权利要求1至7中任一所述的具有杂化电离水平的安全稳定耐低温电解液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的具有杂化电离水平的安全稳定耐低温电解液的制备方法，其特征在于，电解液用于以金属作为至少一侧电极的水系电化学储能体系，所述金属为镁、铝、锌、铅中的一种或数种，或为含以上至少一种金属的合金。
...【技术特征摘要】
1.一种具有杂化电离水平的安全稳定耐低温电解液，其特征在于，包括：溶剂s、具有杂化电离水平的活性溶质a和差异化电离水平的补充组分b；
2.根据权利要求1所述的具有杂化电离水平的安全稳定耐低温电解液，其特征在于，电解液的ph值为2～12。
3.根据权利要求1所述的具有杂化电离水平的安全稳定耐低温电解液，其特征在于，离子液体s2中的阳离子包括咪唑盐离子、季铵盐离子、季鏻盐离子、吡咯盐离子和吡啶盐离子中的一种或数种，阴离子包括羧酸盐离子、硫酸盐离子、磷酸盐离子、膦酸盐离子、氰胺盐离子、酰胺盐离子及其衍生物中的一种或数种。
4.根据权利要求1所述的具有杂化电离水平的安全稳定耐低温电解液，其特征在于，完全电离的活性溶质a1和部分电离的活性溶质a2的阴离子所属酸的结构通式为r1-x(o)-oh或r1-(r2)x(o)-oh；其中x(o)代表x＝o双键结构，r1-(r2)x代表r1-x-r2单键型支链结构；x为碳、磷、硫、氯元素的一种或数种，基团r1和r2为链状烃基及其衍生基团、芳烃及其衍生基团、氨基及其衍生基团、羟基及其衍生基团、羰基及其衍生基团、硝基及其衍生基团、硫酰...
【专利技术属性】
技术研发人员：王世杰，迟晓伟，侯丽娟，李卓斌，蒋春翔，张婧，
申请(专利权)人：浙江浙能中科储能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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