[發明專利]用于電化學裝置的共溶劑電解質

有效

• 申請號: 201480020748.6
• 申請日: 2014-03-31
• 公開（公告）號: CN105122518B
• 公開（公告）日: 2018-10-26
• 發明（設計）人: 科林·迪恩·維塞爾斯;阿里·費羅茲;沙洛克·莫塔雷比;斯文·斯特羅班德
• 申請（專利權）人: 愛爾威歐能源有限公司
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M10/36
• 代理公司: 北京方圓嘉禾知識產權代理有限公司 11385
• 代理人: 董芙蓉

一種用于穩定電極使其免于溶解和/或水解的系統和方法，包括在液體電解質電池中使用共溶劑，用于以下三種目的：延長在液體電解質中部分可溶的電極的日歷壽命和循環壽命，限制在電池運行期間作為副反應的使水水解成氫和氧的速率的目的，以及減少成本的目的。

相關申請的交叉引用

本申請要求2014年3月31日提交美國專利申請號14/231,571和2013年4月10日提交的美國專利申請號61/810,684的權益，其內容都在此通過引用以其整體并入，用于所有目的。

關于聯邦資助的研究或開發的聲明

本發明由政府支持下的美國能源部(DOE)先進能源研究計劃署(ARPA-E)基金號DE-AR000300的資助的Alveo Energy，Inc.公司完成。政府在本發明中享有一些權利。

技術領域

本發明總體涉及電化學裝置，并且更具體地但不排除性地涉及共溶劑基的液體電解池。

背景技術

背景部分描述的主題物不應當僅因為其在背景部分中的提及而被假設為現有技術。類似地，在背景部分中提及的或與背景部分的主題物相關的問題不應當被假設為以前已經在現有技術中認識。背景部分中的主題物僅表示不同的方法，這些方法本身和本質上也可為發明。

已經開發了用于便攜式應用和固定式應用的寬種類的電池技術，包括鉛酸電池、鋰離子電池、鎳/金屬氫化物電池、鈉硫電池和液流電池等。(參見下文的參考文獻1。)由于過高的成本、差的循環壽命和日歷壽命，以及快速循環期間的低能量效率，這些技術中沒有一項常用于設計電網的穩定化和可靠性的應用。然而，盡管在日益增加對極易散失的太陽能和風能，但是很可能需要更低成本更長壽命的電池以使電網保持可靠。

現有電池電極材料不能支持足夠的深度放電循環，因為這些電池以物當所值的方式來包含這些材料以用于大多數與電網有關的應用。(參見下文的參考文獻1。)類似地，電動車和混合動力車中發現的電池僅在謹慎地部分放電循環的情況下才具有長壽命，這導致了繁重、巨大、昂貴的電池系統。大多數現有的電池電極材料在快速循環期間的性能受用于離子運輸的差的動力學的限制，或者受復雜的多相位運行機制的限制。

以前已經示出了使用普魯士藍類似物作為水性電解質電池中的電極，所述普魯士藍類似物是化學同是為A_xP_y[R(CN)₆]_z·nH₂O(A＝堿金屬陽離子，P和R＝過渡金屬陽離子，0≤x≤2，0≤y≤4，0≤z≤1，0≤n)更大類的過渡金屬氰化物配位化合物(TMCCC)的子類群。(參見參考文獻1至7。)與其他嵌入機制的電極相比，TMCCC電極具有更長的深度放電循環壽命和更高的倍率能力，并且它們在水性電解質中具有最高性能。TMCCC陰極依賴于Fe(CN)₆復合物中的離子在高電勢下的電化學活性。另一方面，TMCCC陽極包含電化學活性的碳配位的錳或鉻。

在對稱性電池中，陽極和陰極各自都是TMCCC，對該電池的開發是期望的，因為TMCCC具有更長的循環壽命，并且可在比其他電極系統更高的充電/放電倍率下運行。如果將一個TMCCC電極與不同種類的電極配對，則很可能完整電池將不持續這么久，或者不提供與包括TMCCC陽極和TMCCC陰極的對稱性電池相同的高倍率能力。

TMCCC陰極得到了良好理解，并且以前已經展示了進行超過40,000次深度放電循環的TMCCC陰極。(參見參考文獻2。)這些陰極通常在相對于標準氫電極(SHE)約0.9V至1.1V下運行。(參見參考文獻8。)使用TMCCC陰極來開發實際電池的一個挑戰是它們在水性電解質中的痕量可溶性。它們部分地溶解于電池電解質中，這可導致因電極治療損失所致的電池充電容量降低以及因與陰極溶解產物的副反應所致的效率降低。