[發明專利]一種基于固態正極的鈉空氣電池及其制備方法

在審

• 申請號: 201810965718.2
• 申請日: 2018-08-23
• 公開（公告）號: CN109037681A
• 公開（公告）日: 2018-12-18
• 發明（設計）人: 董敏
• 申請（專利權）人: 云南經濟管理學院
• 主分類號: H01M4/587
• 分類號: H01M4/587;H01M4/62;H01M10/0562;H01M12/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種基于固態正極的鈉空氣電池及其制備方法，屬于電化學技術領域。該電池從負極到正極依次包括負極金屬鈉、有機電解液、固體電解質和固態正極。電池固態正極由導電碳材料、粘接劑、溶劑和碳酸鈉復合而成。本發明具有較好的導電性，原料便宜，電化學穩定窗口寬，且能與固體電解質形成很好的穩定界面，有效地解決了液體電解液容易泄漏以及水系電解液易揮發等問題，同時對固態鈉空氣電池的開發及應用具有重要意義；本發明還可以在純CO₂條件下運行，對于CO₂的利用和存儲非常重要，一方面可以減少對傳統化石燃料的依賴，同時起到了捕捉二氧化碳的作用；另一方面，對于人類移民火星也具有十分重要的意義。

技術領域

本發明涉及一種基于固態正極的鈉空氣電池及其制備方法，屬于電化學技術領域。

背景技術

隨著社會的快速發展全球對化石燃料資源需求的日益增長，造成傳統化石能源的短缺以及過度開發對環境的破壞，已成為制約我國及全球經濟可持續發展的重大問題。為促進能源產業優化升級，實現清潔低碳發展，近年來，我國大力發展清潔能源，風電、光伏實現跨越式大發展，新能源裝機容量占比日益提高。然而，在清潔能源高速發展的同時，波動性、間歇式新能源的并網給電網從調控運行，安全控制等諸多方面帶來了不利影響，極大地限制了清潔能源的有效利用。電池儲能是解決新能源發電并網問題的有效途徑之一，將隨著新能源發電規模的日益增大以及電池儲能技術的不斷發展，成為支撐我國清潔能源發展戰略的重大關鍵技術。

鋰離子電池作為市場上較為成熟的電池儲能技術，在過去二十年得到飛速的發展，目前廣泛應用于移動電子設備和電動交通工具等領域。已經產業化的鋰離子電池雖然可以緩解上述問題，但其能量儲存能力有限，遠遠不能滿足未來電動車輛和電網儲能等領域的需求，因此發展高能量密度的二次電池迫在眉睫。金屬空氣電池由于理論能量密度高、成本低和環境友好受到廣泛關注。而鈉空氣電池作為一種新型的電池體系，憑借其高的理論比容量、儲量豐富的金屬鈉以及成本低等優點引起了人們的高度關注。正因為在能量密度上的顯著優勢，鈉空氣電池被認為是可以替代內燃機的下一代儲能系統。開展與鈉空氣電池應用相關的研究對解決傳統化石能源的短缺以及過度開發對環境的破壞具有重要意義。

目前，鈉空氣電池主要為有機體系、有機/水混合體系和固態鈉空氣電池。然而，有機體系和有機/水混合系的鈉空氣電池所用電解液均為液態電解液，在電池的使用過程中極易泄漏。此外，有機/水混合體系鈉空電池在使用過程中，水系電解液存在著易揮發的問題，使電解液濃度發生變化，影響電池電化學性能。同時對于堿性電解液的有機/水混合體系的鈉空氣電池不適合在CO₂條件下運行，堿性電解液會與CO₂發生電化學反應；對于酸性電解液的有機/水混合體系的鈉空氣同樣大多不適合在CO₂條件下運行，會發生副反應生成副產物，嚴重影響電池的性能。

發明內容

本發明要解決的技術問題是針對現有技術存在的問題，提供一種基于固態正極的鈉空氣電池及其制備方法，通過將電池正極的液體電解液更換為固態復合碳材料，固態復合碳材料從凝膠態變為全固態，不僅改善了電池界面問題，同時也從根本上解決了液體電解液的泄漏問題以及水系電解液易揮發的問題，并且該電池在空氣條件下具有較好的充放電效果和循環性能，對鈉空氣電池的實際應用具有重要的意義。同時該電池還可以在純CO₂條件下運行，對于CO₂的利用和存儲非常重要，一方面可以減少對傳統化石燃料的依賴，同時起到了捕捉二氧化碳的作用；另一方面，對于人類移民火星也具有十分重要的意義。

為解決上述技術問題，本發明提供一種基于固態正極的鈉空氣電池，從負極到正極依次包括負極金屬鈉、有機電解液、固體電解質和固態正極，負極金屬鈉厚度為0.5~1mm，面積為0.785cm²。

所述固態正極由導電碳材料、粘接劑、溶劑和碳酸鈉制備而得。