【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及储能，尤其涉及一种含氮化合物作为水系储能器件中自消氢添加剂的应用。
技术介绍
1、从安全性和成本角度考虑，二次水系储能器件一方面可以从根本上避免有机电解液带来的易燃易爆的安全问题；另一方面水系储能器件的电解液、电极材料、生产线维护等方面都具有更低的成本，因而二次水系储能器件在大规模储能领域是锂离子电池极有潜力的代替者之一。
2、但水系储能器件仍有很多问题亟需解决，析氢就是其中较为突出的一个。为了实现更高的工作电压和能量密度，通常选择具有更低氧化还原电位(低于理论析氢电位)的活泼材料作为电池负极，故水系储能器件通常面临着或轻或重的析氢问题。析氢反应会在电池储存、运输和使用中持续发生，在充放电过程中尤其剧烈，这也是析氢无法彻底避免的原因。持续的析氢会破坏局部电极/电解液界面的稳定性，增大电极表面不均匀程度，加剧枝晶的生长；同时积累在电极表面的析氢副产物会造成电极钝化增大极化。此外析氢本质上是电解液的分解，持续不断的析氢反应会持续消耗电解液，降低水系储能器件的日历寿命。产生的氢气在器件内部的不断积累会导致器件内压增大，更进一步会导致鼓胀、开裂、电解液泄露，也可能会带来一定的安全隐患。
3、针对于水系储能器件中如何抑制析氢，目前也有很多策略，从电极-水这一体系出发的话主要有两种思路：一种是构建保护层把负极与水隔绝开避免两者直接接触来避免析氢的发生；另一种在不更换负极材料的情况下，对电解液做一些改性和设计，来削弱负极材料与水的反应。在界面保护方面，包括无机涂层、有机聚合物涂层、表面合金属层、人工固态电
4、在水系储能器件中有一类添加剂被称为消氢剂，但虽称作“消氢”实则也是“抑制”。此类添加剂通常是含硝基、不饱和烃基或芳香环的化合物，常见的有对硝基苯酚、对硝基苯甲醇、对硝基苯甲酸、对苯醌等等。利用硝基以及不饱和基团的强还原性，与析氢反应相竞争或直接吸附于电极表面占据活性位点来抑制析氢反应的发生，减轻器件内部氢气的积累(参见一种消氢剂、电解液、铝电解电容器及其制备方法zl 202211538859.9；一种消氢剂及其制备方法、铝电解电容器电解液zl 201710661364.8；一种蓄电池电解液用消氢剂zl201711036686.x；一种耐高温铝电解的电解液及其应用zl 201010197158.4)。然而此类消氢剂不可能彻底避免析氢反应的发生，只能在一定程度上缓解析氢带来的负面影响，因而就不可能达到长效、稳定的目标。另外，此类消氢剂在使用中通常伴随着不可逆的损耗，为了尽可能达到储能器件长寿命的目标，就要加入足够浓度的消氢剂，一方面会与其在水中较小的溶解度相矛盾，另一方面大量消氢剂的加入反而可能带来电解液粘度增大、电导率降低、过充等问题。
5、除析氢的抑制策略外，还可以通过氢气的回收、消除的策略来减小析氢带来的危害。通常在外置的装置中负载一定量的消氢催化剂，使析出的氢气与氧气(参见一种具有消氢功能的金属燃料电池系统zl 201611123841.7；一种燃料电池消氢装置zl201310199992.0)、金属氧化物(参见一种用于密闭体系的消氢器及消氢方法zl201910691013.0；无汞碱性纽扣电池zl 200910118816.3)、吸附氧中的氧发生化学反应结合生成水，通过氢氧复合反应实现氢气的消除。这类方式通常需要外接装置(参见防爆型蓄电池电源装置zl 201010591538.6；一种燃料电池尾气消氢装置zl 202210427235.3；一种氢氧复合反应器zl 202110613575.0)，一方面无法保证氢气的完全消除，另一方面会降低整体的能量密度。此外，氢氧复合的方法需要很高活性的催化剂例如钯碳才能实现比较好的效果，这类高活性的催化剂的使用会牺牲水系储能器件低成本的优势(参见一种用于pb-c电池的泡沫碳载钯纳米晶消氢催化剂及其制备方法zl 201310308749.8)，同时氢和氧的反应会放出大量的热量(参见一种氢气催化燃烧消氢装置zl 202111020896.6；一种具有消氢和加热功能的便携式金属空气电源zl 202011548769.9；利用自消氢方式加热金属空气电池电解液的系统及方法zl 202011573850.2)，影响储能系统的稳定性。此外，还可以利用钒基、钛基、稀土系合金对氢的高结合能，使氢分子解离成氢原子并进入晶格当中的作用，或利用高比表面积的金属有机框架(mofs)、碳材料对氢气的吸附作用，实现对器件内部析出氢气的消除(参见一种氢燃料电池消氢装置及密闭环境下的消氢方法zl202010471205.3)。一方面，这类材料同样存在高成本的缺陷；另一方面，这种策略实际上实现的是氢气的“吸收”并非“消除”，当氢气吸收达到极限时就必须及时对储氢材料进行更换；而氢气吸收后虽然避免了器件内压的不断升高，但并不能将进一步其转化来补充电解液的损失，还需要通过氢氧复合反应才能实现完整的“消除”过程，这在大规模储能系统的应用中是不现实的；此外氢气的分压、氢气的量、温度等因素会极大影响到这类储氢材料的氢气吸收能力，故只能吸收部分氢气而无法完全吸收。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种含氮化合物作为水系储能器件中自消氢添加剂的应用，所述含氮化合物可以在水系储能器件内部将负极产生的氢气氧化消除。同时，自消氢添加剂可以在循环过程中反复再生持续起效，解决器件内压增大、电解液消耗和电极钝化问题，提升水系二次储能器件的电化学性能和日历寿命。
2、本专利技术提供了一种含氮化合物作为水系储能器件中自消氢添加剂的应用；
3、所述含氮化合物的结构中不含有硝基；所述含氮化合物接受氢的加成。
4、优选的，所述含氮化合物的结构中包含吩噻嗪环、咯嗪环、异咯嗪环、蝶啶和嘌呤碱基中的至少一种；
5、所述水系储能器件包括金属离子电池、非金属离子电池、混合电容器、金属空气电池或液流电池。
6、优选的，所述含氮化合物包括氯化3,7-双(二甲氨基)吩噻嗪-5-鎓三水合物、7,8-二甲基-10-(1'-d-核糖基)-异咯嗪、蝶酰谷氨酸、烟酰胺腺嘌吟二核苷酸和烟酰胺腺嘌吟二核苷磷酸中的至少一种。
7、本专利技术还提供了一种水系储能器件的正极，所述正极由包括正极活性物质、导电剂和粘结剂的原料制备得到；
8、或所述水系储能器件的正极由包括正极活性物质、催化剂、导电剂和粘结剂的原料制备得到；
9、所述正极活性物质包括含氮化合物与载体形成的复合材料，或包括含氮化合物与聚合物键合形成的复合材料；所本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.含氮化合物作为水系储能器件中自消氢添加剂的应用；
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述含氮化合物的结构中包含吩噻嗪环、咯嗪环、异咯嗪环、蝶啶和嘌呤碱基中的至少一种；
3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述含氮化合物包括氯化3,7-双(二甲氨基)吩噻嗪-5-鎓三水合物、7,8-二甲基-10-(1'-D-核糖基)-异咯嗪、蝶酰谷氨酸、烟酰胺腺嘌吟二核苷酸和烟酰胺腺嘌吟二核苷磷酸中的至少一种。
4.一种水系储能器件的正极，所述正极由包括正极活性物质、导电剂和粘结剂的原料制备得到；
5.一种水系储能器件的正极，所述正极包括正极本体，以及形成于所述正极本体表面的涂层；
6.一种水系储能器件的电解液，所述水系储能器件的电解液为含有含氮化合物的含水溶液；
7.一种水系储能器件的隔膜，所述隔膜包括隔膜本体，以及形成于所述隔膜本体上的涂层；所述涂层包括含氮化合物与载体形成的复合材料，或包括含氮化合物与聚合物键合形成的复合材料；
8.一种水系储能器件，所述水系储能器件的内部包括含氮化合物；>
9.根据权利要求8所述的水系储能器件，其特征在于，所述含氮化合物负载在水系储能器件的正极材料中、正极表面、电解液中和隔膜表面的至少一种。
10.根据权利要求8所述的水系储能器件，其特征在于，所述水系储能器件的电解液为含有含氮化合物的含水溶液。
11.根据权利要求8所述的水系储能器件，其特征在于，所述水系储能器件的正极由包括正极活性物质、导电剂和粘结剂的原料制备得到；或所述水系储能器件的正极由包括正极活性物质、催化剂、导电剂和粘结剂的原料制备得到；所述正极活性物质包括含氮化合物与载体形成的复合材料，或包括含氮化合物与聚合物键合形成的复合材料；
12.根据权利要求8所述的水系储能器件，其特征在于，所述水系储能器件的隔膜包括隔膜本体，以及形成于所述隔膜本体上的涂层；所述涂层包括含氮化合物与载体形成的复合材料，或包括含氮化合物与聚合物键合形成的复合材料。
13.根据权利要求8所述的水系储能器件，其特征在于，所述水系储能器件中，负极材料的标准电极电位低于0V(vs.RHE)；
...【技术特征摘要】
1.含氮化合物作为水系储能器件中自消氢添加剂的应用；
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述含氮化合物的结构中包含吩噻嗪环、咯嗪环、异咯嗪环、蝶啶和嘌呤碱基中的至少一种；
3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述含氮化合物包括氯化3,7-双(二甲氨基)吩噻嗪-5-鎓三水合物、7,8-二甲基-10-(1'-d-核糖基)-异咯嗪、蝶酰谷氨酸、烟酰胺腺嘌吟二核苷酸和烟酰胺腺嘌吟二核苷磷酸中的至少一种。
4.一种水系储能器件的正极，所述正极由包括正极活性物质、导电剂和粘结剂的原料制备得到；
5.一种水系储能器件的正极，所述正极包括正极本体，以及形成于所述正极本体表面的涂层；
6.一种水系储能器件的电解液，所述水系储能器件的电解液为含有含氮化合物的含水溶液；
7.一种水系储能器件的隔膜，所述隔膜包括隔膜本体，以及形成于所述隔膜本体上的涂层；所述涂层包括含氮化合物与载体形成的复合材料，或包括含氮化合物与聚合物键合形成的复合材料；
8.一种水系储能器件，所述水系储能器...
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