[發明專利]一種鈉空氣或氮氣電池

在審

• 申請號: 201810353442.2
• 申請日: 2018-04-19
• 公開（公告）號: CN108682922A
• 公開（公告）日: 2018-10-19
• 發明（設計）人: 趙翠玲;葛炳成;彭秋明;馮佳文
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: H01M12/06
• 分類號: H01M12/06
• 代理公司: 秦皇島一誠知識產權事務所(普通合伙) 13116
• 代理人: 劉建年

本發明公開了一種鈉空氣或氮氣電池，其結構為現有鈉氧氣電池的結構，依次疊加正極、隔膜和負極，正極和負極之間充滿電解液；所述正極為空氣電極，氣體源為大氣中的空氣或者氮氣，空氣電極材料為多孔碳材料，或碳布與過渡金屬氧化物的復合材料；所述負極的材料為金屬鈉片，所述隔膜為玻璃纖維，所述電解液為三氟甲基磺酸鈉。本發明的鈉空氣電池可以在大氣中運行或者在空氣含量最多的氮氣中運行，更容易實施；鈉氮氣電池能夠將空氣中的氮氣轉變為氮化鈉，為氮氣固定提供了一種新的思路，不僅拓展了人工固氮新方法，而且開發出了新的電池體系，復合綠色化學的要求，有利于大規模可再生能源的存儲于利用。

技術領域：

本發明涉及電化學固氮技術，特別是一種鈉空氣或氮氣電池。

背景技術

當今，環境問題備受關注，所以取代燃油動力車輛的電動或混合動力車所需儲能器件得到很好發展。鋰離子電池由于高能量密度，目前已廣泛應用于便攜式電子產品、電動工具等領域。然而，迄今成熟的鋰離子電池均以鈷、鎳等無機過渡金屬元素為主要的正極活性材料，因此鋰離子電池的大規模使用，勢必導致鈷、鎳等金屬資源危機。并且，鋰離子電池的能量密度已接近極限。故而，開發更高能量密度的化學電源成為必然。鈉氧電池，即：鈉氧電池，由于具有高的容量密度和能量密度，被認為是最有可能滿足上述需求的化學電源。

鈉氧氣電池的氧氣電極扮演著重要角色，其性能好壞直接決定了最終鈉氧氣電池的各項性能指標。目前，鈉氧氣電池的氧氣電極氣體來源為高純氧氣，很難在大氣中運行，電極材料材料多采用常用炭材料，如商業化炭黑(如KB系列、XC-72和XC-72R、BP2000等)、自制活性炭、碳氣凝膠、石墨烯等。由于這些炭材料自身結構的限制，其氧還原催化性能有限，致使鈉空氣或氧氣電池高容量和高能量密度的潛力未能充分發揮。

氮元素在自然界中儲量豐富，約占空氣體積的78％，但是氮氮三鍵是自然界中最穩定的化學鍵之一，通過化學手段將穩定的氮氣固定下來，并轉化利用已經成為許多科學家關注的重大課題。工業上主要依賴20世紀初提出的Haber-Bosch法，即在適當的溫度和壓力條件下，利用貴金屬催化劑，將氫氣與氮氣按照一定比例混合，在催化劑表面完成固氮過程。但是該方法需要在高溫高壓下完成，工藝復雜，耗能大。

發明內容

本發明的目的在于提供一種具備比現有鈉氧氣電池更高的比容量和更高的放電平臺的高性能鈉空氣或氮氣電池。

本發明的鈉空氣或氮氣電池的結構為現有鈉氧氣電池的結構，依次疊加正極、隔膜和負極，正極和負極之間充滿電解液；

所述正極為空氣電極，氣體源為大氣中的空氣或者氮氣，空氣電極材料為多孔碳材料或碳布與過渡金屬氧化物；

所述負極、隔膜以及電解液均采用本領域鈉氧氣電池通用的負極、隔膜以及電解液，即所述負極的材料為金屬鈉片，所述隔膜為玻璃纖維，所述電解液為三氟甲基磺酸鈉。

本發明與現有技術相比具有如下優點：

1、本發明的鈉空氣電池可以在大氣中運行或者在空氣含量最多的氮氣中運行，更容易實施。

2、本發明的鈉氮氣電池能夠將空氣中的氮氣轉變為氮化鈉，為氮氣固定提供了一種新的思路。

3、本發明的鈉氮氣電池，不僅拓展了人工固氮新方法，而且開發出了新的電池體系，復合綠色化學的要求，有利于大規模可再生能源的存儲于利用。

附圖說明

圖1是本發明實施例1的鈉空氣電池的循環容量及電壓循環圖，圖中a是循環容量圖、b是容量效率循環圖。

圖2是本發明實施例2中所涉及的循環容量及電壓循環圖，圖中a是循環容量圖、b是容量效率循環圖。

圖3是本發明實施例3中所涉及的循環容量及電壓循環圖，圖中a是循環容量圖、b是容量效率循環圖。