本发明专利技术涉及与层状双氢氧化物类相关的羟基氧盐用于电极设计和制造以储存电能的用途。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及与层状双氢氧化物类相关的羟基氧盐(oxyhydroxysel)用于电极设 计和制造以储存电能的用途。
技术介绍
亚铁-三价铁羟基氧盐是与层状双氢氧化物类相关的中间化合物，其在铁质材料 (钢)的劣化过程中出现且最终转化成铁锈并且由于其颜色而通常被称为绿锈(G6nin等， Geoscience 2006)。例如，Ona Nguema等在2002年的Enviro. Sci. Technol.中描述了在作为电子供 体的甲酸根(HCO2-)和作为电子受体的铁源纤铁矿羟基氧化铁Y-FeOOH的存在下，由于异 化型铁还原菌Siewanellaputrefaciens的绿锈的形成。细菌活性则在于将iVn离子还原 成狗11，同时将有机物质氧化成碳酸根C0:，这样则使得能够形成所谓的碳酸盐化的绿锈。 这种产物因而是尤其在渍水土壤、潜育土中存在的天然产物，并且被称为i^ougSrite (参见 Genin 等，Geochim. Cosmochim. Acta 1998)。此外，在诸如原电池(piles)、电池(batteries)或蓄电池(accumulateurs)之类 的用于储存电能的器件中，在两种物质之间发生化学反应，其中的一种物质可以容易地让 出电子(还原剂)，另一种物质可以接受电子(氧化剂)。这种反应被称为氧化-还原反应。氧化/还原对中的每一种成分构成一个电极。这些电极在与用电器件连接时引起 电流流通；因此对其而言，化学反应产生电荷(电子，离子)的流动。近来，由于关系到减少温室气体(特别是CO2)排放并且因此寻求污染不大的能源 生产和利用方式的需要的问题，也包括化石能量储量(石油、天然气、煤)的限制以及与其 供给有关的不确定性在内，对储能器件的兴趣在显著增长。然而，现有的原电池、电池或蓄电池往往由于其重量或其庞大而在能源绩效方面 有缺点，也包括环境问题，特别是关系到再循环过程中需要防范的污染废弃物的环境问题。
技术实现思路
本专利技术的主题之一因此在于提供用于电极制造的材料，目的在于采用诸如具有远 优于目前销售的原电池、电池、蓄电池或超电容器的能源绩效的原电池、电池、蓄电池或超 电容器之类的储能器件，同时具有比现有材料低得多的生产成本并能够在对环境没有任何 有害影响的情况下除去。本专利技术的另一方面在于通过提供以下方法生产这些具有合适确定的组成的活性 材料，该方法是膜形式或者与碳(石墨)混合的复合材料形式的制造方法，从而使得能够制 造储能器件。本专利技术涉及包含至少一种与亚铁-三价铁层状双氢氧化物(HDL)有关的化合物的 材料用于实现(mise en oeuvre)电极的用途，所述化合物包含至少一种二价阳离子Dn和至少一种三价阳离子T111，具有以下通式η+n-⑴其中Α11—为具有电荷η的阴离子，η的值为1、2或3，特别是2，m为1-10，特别是1-4，有利地是3的整数，以及χ 为 0-1。措辞“至少一种二价阳离子D11”表示阳离子Dn单独地使用或者与另一种组合使 用。措辞“至少一种三价阳离子T111”表示阳离子Tm单独地使用或者与另一种组合使 用。为了起作用，该与HDL有关的化合物要求存在容许!^n离子向!^em离子转化的 的最小狗11比例。如果与HDL有关的化合物完全没有狗11，则它不起作用。本专利技术更特别地涉及如上限定的化合物的用途，其中!^em在三价元素中的比例相 对于三价元素的总量为0% (m/m)-100% (m/m)。Fe111的存在并非必不可少，只要能够转化成!^em的Fe11存在于该化合物中即可。本专利技术还涉及如上限定的与HDL有关的化合物的用途，其中Dn选自Mg11、Ni11、 Ca11、Mn11、Co11 和 Fe11,并且 Tm 选自 Alm, Co111、Cr111 和 Fem0本专利技术涉及如下材料用于实现非污染电极的用途，该材料包含至少一种具有以下 通式(II)的亚铁-三价铁羟基氧盐mH20]n^ (II)其中 An_ 为具有电荷 η 的阴离子， η的值为1、2或3，特别是2，m为1_10，特别是1_4，有利地是3的整数，以及χ为0_1，所述 亚铁-三价铁羟基氧盐可通过其元素中的至少之一的部分或完全替代而部分改性。亚铁-三价铁羟基盐属于层状双氢氧化物类，其具有称为水镁石类 (brucitiques)的包含结构！^ (OH)2的狗11和iVn离子的阳离子薄层，以及平衡归因于iVn 离子的过量正电荷的包含阴离子和水分子的中间薄层。对它们来说，亚铁-三价铁羟基氧盐具有与有关的羟基盐几乎类似的晶体学结 构，但是其围绕每个!^m阳离子的OH—离子中的一些去质子化变成02_离子，或者相反地质 子化变成水分子。狗11离子氧化成!^em以补偿电荷，反之亦然。本专利技术范围内使用的亚铁-三价铁羟基氧盐可以是天然来源的或合成的，优选合 成的。在土壤中处于自然状态观察到亚铁-三价铁羟基氧盐，但是在现有技术中其仅以 X= /为0. 33-0. 66的范围存在。它则是矿物Rnig6rite。相反，合成产物由 于新的合适的电子性能而对应于0-1的χ值。“0.33” 表示精确值 1/3。“0.66 ” 表示精确值 2/3。亚铁-三价铁羟基氧盐中的χ值对应于比率Fem/ (Fen+Fein)，其能够通过固体中 的穆斯堡尔谱法直接原位测定。亚铁-三价铁羟基氧盐的晶体学结构以及更特别地羟基氧碳酸盐 (oxyhydroxycarbonate)的晶体学结构已经由G6nin等人详细描述过(CR Geoscience, 2006)。0-0. 33、0. 33-0. 66和0.66-1的三个χ的范围已经得到阐明(G6nin等，Solid State Sciences (固态科学)，2006，以及 Rush 等，SolicKtate Science, 2008)。图加-j呈现具有不同χ比例的亚铁-三价铁羟基氧碳酸盐试样在78K测定的穆 斯堡尔谱的变化，其显示出随着它转化成!^m而逐渐消失。亚铁的双线峰D1和D2转 移至三价铁的双线峰D4。图加、c、e、g、i代表图2b、d、f、h、j中谱图各自的去卷积。因而，大于0. 66的χ值对应于将会意味着在自然条件下能够达到更多能量的结 构，而由!^e3O4至Y-Fe2O3优先形成具有尖晶石结构的磁铁矿。对于小于0. 33的χ值，晶体学结构是亚稳的。该晶体学结构则通过伏安循环法 (cyclage voltamperometrique)—。伏安循环法为其中用电位计连续循环地改变固体电压的方法。术语“亚稳”表示对应于局部能量最小值但是其中该最小值并非最低的体系，对于 后者用术语“稳定”表示。从χ = 0. 33至χ = 1的固体段(passage)典型地通过经由过氧化氢H2R的逐步 氧化连续获得。这涉及化合物中的去质子化现象，在此期间一些OH—离子变成02_，相应地将 狗11离子转化成狗111。特别地，从χ = 0. 33至χ = 1的固体段可以通过化学计量化合物，式 n_的亚铁_三价铁羟基盐(x = 0. 33)，经由过氧化氢H2R的 直接氧化获得(η代表阴离子的电荷)。亚铁-三价铁羟基氧碳酸盐的连续去质子化由(^nin等人于SolidState Science 2006中首次证明。没有其它的已本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．包含至少一种与亚铁－三价铁层状双氢氧化物（ＨＤＬ）有关的化合物的材料用于实现电极的用途，所述化合物包含至少一种二价阳离子ＤＩＩ和至少一种三价阳离子ＴＩＩＩ，具有以下通式：［ＤＩＩ３ｎ（１－ｘ）ＴＩＩＩ３ｎｘＯ６ｎＨｎ（７－３ｘ）］ｎ＋［Ａｎ－，ｍＨ２Ｏ］ｎ－ （Ｉ）其中Ａｎ－为具有电荷ｎ的阴离子，ｎ的值为１、２或３，特别是２，ｍ为１－１０，特别是１－４，有利地是３的整数，并且ｘ为０－１。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：JM·吉尼恩，
申请(专利权)人：亨利庞加莱南锡第一大学，
类型：发明
国别省市：FR
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