[發明專利]一種金屬-二氧化碳電池

有效

• 申請號: 201710447606.3
• 申請日: 2017-06-14
• 公開（公告）號: CN107359386B
• 公開（公告）日: 2019-04-16
• 發明（設計）人: 謝健;毛陽俊;唐聰;曹高劭;趙新兵
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01M12/08
• 分類號: H01M12/08;H01M4/86;H01M4/90;H01M4/38
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 朱朦琪

本發明公開了一種金屬?二氧化碳電池，包括正極、負極、有機電解液和隔膜，所述正極為具有分級結構的IrO₂/MnO₂復合電極，包括基體上直接生長的片狀MnO₂，所述片狀MnO₂表面還覆蓋有帶狀MnO₂，還包括納米IrO₂顆粒，所述納米IrO₂顆粒均勻負載于片狀MnO₂和帶狀MnO₂表面；所述的負極選自經表面保護處理的堿金屬電極。本發明公開了一種金屬?二氧化碳電池，以具有分級結構的IrO₂/MnO₂復合電極為正極，以經表面保護處理的堿金屬電極為負極，利用溫室氣體二氧化碳產生電能，組裝得到的金屬?二氧化碳電池顯示出低的極化、高的容量和長的循環壽命。

技術領域

本發明涉及新型儲能電池的技術領域，具體涉及一種金屬-二氧化碳電池。

背景技術

金屬–空氣電池是一種以堿金屬如(Li、Na、K)為負極，負載有催化劑的集電極為正極，使用空氣為反應活性成分及有機電解液為反應媒介的新型儲能裝置。所指的空氣廣義上包含氧氣及二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等溫室氣體或造成空氣污染的氣體。

在上述氣體中，二氧化碳作為溫室氣體，其大量的排放對環境造成了很大壓力。如果能夠直接使用空氣中的二氧化碳來發電，具有十分重要的意義，金屬–二氧化碳電池正是一種可將二氧化碳用來發電的裝置。對于有機系電池而言，其工作原理一般認為是放電時堿金屬和二氧化碳發生反應，生成堿金屬的碳酸鹽和無定性碳，充電時碳酸鹽和無定性碳分解又重新形成二氧化碳和堿金屬。例如，對于鋰–二氧化碳電池，放電時鋰和二氧化碳反應生成碳酸鋰和無定形碳，充電時碳酸鋰和無定性碳分解又重新形成二氧化碳和鋰。但目前該電池面臨不少挑戰，原因之一是堿金屬的碳酸鹽的導電率極低，其沉積會導致電極的鈍化，而且分解過電位較高，導致電池的極化較高、容量較低、循環壽命不理想。另外，堿金屬負極較活潑，會和空氣中的水分發生反應，導致電池壽命的降低。

發明內容

本發明公開了一種金屬-二氧化碳電池，以具有分級結構的IrO₂/MnO₂復合電極為正極，以經表面保護處理的堿金屬電極為負極，利用溫室氣體二氧化碳產生電能，組裝得到的金屬-二氧化碳電池顯示出低的極化、高的容量和長的循環壽命。

本發明中，提高金屬–二氧化碳電池的性能從兩方面著手，一是開發高性能的催化劑，提高反應動力學從而提高循環壽命；二是對堿金屬負極進行有效的疏水保護，提高負極的使用壽命。

具體技術方案如下：

一種金屬-二氧化碳電池，包括正極、負極、有機電解液和隔膜，所述正極為具有分級結構的IrO₂/MnO₂復合電極，包括基體上直接生長的片狀MnO₂，所述片狀MnO₂表面還覆蓋有帶狀MnO₂，還包括納米IrO₂顆粒，所述納米IrO₂顆粒均勻負載于片狀MnO₂和帶狀MnO₂表面；

所述的負極選自經表面保護處理的堿金屬電極。

所述具有分級結構的IrO₂/MnO₂復合電極的制備方法如下：

1)將基體進行預處理以提高基體表面親水性；

2)配制KMnO₄水溶液，將步驟1)預處理后的基體浸入所述KMnO₄水溶液中，經水熱反應及后處理得到基體負載的含錳前驅體；