[發明專利]用于在堿性電池中選擇性離子滲透的離子選擇性膜

在審

• 申請號: 201880065380.3
• 申請日: 2018-08-30
• 公開（公告）號: CN111788714A
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發明（設計）人: 黃金超;喬達摩·G·亞達夫;邁克爾·尼斯;S·巴內爾杰爾
• 申請（專利權）人: 紐約城市大學研究基金會
• 主分類號: H01M2/16
• 分類號: H01M2/16;H01M2/14;H01M10/24;H01M6/04
• 代理公司: 北京派特恩知識產權代理有限公司 11270
• 代理人: 陳萬青;李雪

一種堿性電池包括陽極，陰極，布置在該陽極與該陰極之間的隔膜，以及與該陽極、該陰極和該隔膜處于流體連通的電解質。該隔膜包括至少一個離子選擇性層，該至少一個離子選擇性層可以包含石墨烯、氧化石墨烯、還原的氧化石墨烯、官能化石墨烯、或其組合中的至少一種。這可以允許將該離子選擇性層配置成選擇性地阻擋鋅酸根離子。

相關申請的交叉引用

本申請要求2017年8月31日提交的并且標題為“Functionalized Graphene forSelective Ion Penetration in Alkaline Batteries[用于在堿性電池中選擇性離子滲透的官能化石墨烯]”的美國臨時申請號62/552,780的優先權，將其全部內容通過援引方式并入本文。

關于聯邦資助的研究或開發的聲明

本發明是在紐約州能源研究與開發局(New York State Energy ResearchDevelopment Authority，NYSERDA)的支持下進行的，項目編號為58068。政府擁有本發明的某些權利。

背景技術

鋅-陽極電池，尤其是堿性鋅二氧化錳(Zn/MnO₂)電池，自其發明以來就已占據一次電池市場的主導地位。當前，由于基礎材料的低成本和良好的安全特性以及其高的理論能量密度，這種化學對于大規模能量儲存應用變得有吸引力。然而，典型的一次Zn/MnO₂電池通常僅達到MnO₂的第1電子容量，并且對于可再充電Zn/MnO₂電池，只有在降低大約10％-20％放電深度(DOD)下才能實現高循環壽命。達到較高的DOD導致MnO₂的有害相變和鋅重新分布問題。

發明內容

本申請涉及用于制造含有官能化石墨烯的隔離膜的方法以及用于制造官能化石墨烯改性的電極的方法。本文還描述了含有此類復合膜和電極的堿性電池。

在實施例中，本申請的特征為一種方法，該方法包括選擇作為用于該官能化石墨烯的基質的聚合物。該方法進一步包括將該官能化石墨烯均勻地分散在該聚合物基質中。該方法進一步包括由此混合物形成復合膜。

在實施例中，本申請的特征為一種方法，該方法包括形成具有一個在另一個之上堆疊并且重疊的官能化石墨烯單層的膜。該方法進一步包括將這些單層分散在溶劑中。形成該膜的步驟包括真空輔助過濾、壓力輔助過濾、采用空氣干燥或真空干燥的溶液流延、以及在空氣-水界面處形成該膜。

該方法進一步包括將該官能化石墨烯膜涂覆有親水性聚合物。經涂覆的膜具有夾層結構。該方法進一步包括該膜的交聯。

在實施例中，本申請的特征為一種方法，該方法包括形成具有層壓的官能化石墨烯單層和親水性聚合物鏈的膜。該方法進一步包括將這些單層和聚合物均勻地分散在溶劑中。形成該復合膜的步驟包括真空輔助過濾、壓力輔助過濾、采用空氣干燥或真空干燥的溶液流延、以及在空氣-水界面處形成該膜。該方法進一步包括將該官能化石墨烯膜涂覆有親水性聚合物。經涂覆的膜具有夾層結構。該方法進一步包括該膜的交聯。

在實施例中，本申請的特征為一種方法，該方法包括選擇作為陰極材料的金屬或金屬氧化物或金屬氫氧化物或其組合。該方法進一步包括將陰極材料顆粒與官能化石墨烯混合。該方法進一步包括選擇作為粘合劑的聚合物，選擇作為導電基質的碳，將它們與該官能化石墨烯改性的陰極材料混合，并且將混合物糊涂到集流體上。該方法進一步包括將金屬箔直接涂覆有一個或幾個官能化石墨烯層，并且將其用作陰極。

在實施例中，本申請的特征為一種方法，該方法包括選擇作為陽極材料的金屬或金屬氧化物或金屬氫氧化物或其組合。該方法進一步包括將陽極材料顆粒與官能化石墨烯混合。該方法進一步包括選擇作為粘合劑的聚合物，選擇作為導電基質的碳，將它們與該官能化石墨烯改性的陽極材料混合，并且將混合物糊涂到集流體上。該方法進一步包括將金屬箔直接涂覆有一個或幾個官能化石墨烯層，并且將其用作陽極。