[發明專利]一種K-Zn混合離子水系可充電電池

在審

• 申請號: 202110171982.0
• 申請日: 2021-02-08
• 公開（公告）號: CN112786978A
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發明（設計）人: 麥立強;黃孟;安琴友;劉熊
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: H01M10/36
• 分類號: H01M10/36;H01M4/58;C01C3/12
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 崔友明

本發明涉及一種K?Zn混合離子水系可充電電池，由正極活性材料、負極活性材料、以及介于兩者之間的隔膜和離子導電性的混合離子電解液組成；所述的正極活性材料為KZnHCF電極材料，所述的離子導電性的混合離子電解液是鉀的可溶鹽和鋅的可溶鹽為溶質、水為溶劑，鉀的可溶鹽的濃度為0.1?30.0molkg^?1，鋅的可溶鹽的濃度為0.1?30.0molkg^?1，其是具有離子導電性的液態或凝膠態材料。本發明的有益效果是：K?Zn混合離子水系可充電電池是一種電池，KZnHCF正極材料和鋅負極組成的K?Zn混合離子水系可充電電池具有高倍率性能和能量/功率密度，是一種潛在的大規模儲能應用體系。

技術領域

本發明屬于電化學能源轉化技術領域，具體涉及一種K-Zn混合離子水系可充電電池。

背景技術

當今，能源危機日益加劇，化石燃料的濫用加劇了氣候變化。因此，各國紛紛開始使用風能和太陽能等大規模綠色和可再生能源。然而，如何有效地儲存和運輸這些綠色能源是我們人類面臨的另一個挑戰。對于大型能源儲存系統來說，安全性是最重要的，另外成本低、使用壽命長、高效率也是重要的評價標準。非水系鋰離子和鈉離子電池具有高能量密度和高能量效率，然而它們受到易燃有機電解質和電極材料高反應性的潛在安全問題的困擾，相對較高的成本也限制了它們在大規模儲能中的應用。雖然鉛酸電池節省低，但它們的循環性和速率性能較差。因此，水系可充電堿金屬離子(Li⁺，Na⁺，K⁺)電池以其安全性高、成本低、離子電導率高、環境友好等優點成為大規模儲能的替代方案。

混合離子電池可以將兩種電極材料各自的優點與不同的電化學性質結合起來。眾所周知，鉀的標準平衡電位(E_K⁺_/K＝-2.925V)比鈉的標準平衡電位(E_Na⁺_/Na＝-2.714V)低，說明鉀離子電池的能量密度比鈉離子電池高。此外，鋅兼具低的氧化還原電位和高的比能量密度，而且水化鉀離子的斯托克斯半徑比水化鈉離子的斯托克斯半徑小，使水系鉀-鋅混合離子電池具有更高的倍率性能和能量/功率密度。因此，研究和開發基于正極材料KZnHCF和負極鋅組成的K-Zn混合離子水系可充電電池是推動大規模能量存儲快速發展和廣泛應用的關鍵。

發明內容

本發明針對上述現有的技術問題設計了一種高倍率、長壽命和高能量/功率密度K-Zn混合離子水系可充電電池，材料制備工藝簡單，成本低，并符合綠色化學要求，所設計的KZnHCF//Zn水系可充電電池，展現出了優異的電化學性能。

本發明針對上述技術問題采用的技術方案為：一種K-Zn混合離子水系可充電電池，由正極活性材料、負極活性材料、以及介于兩者之間的隔膜和離子導電性的混合離子電解液組成；所述的正極活性材料為KZnHCF電極材料，所述的離子導電性的混合離子電解液是鉀的可溶鹽和鋅的可溶鹽為溶質、水為溶劑，鉀的可溶鹽的濃度為0.1-30.0molkg^-1，鋅的可溶鹽的濃度為0.1-30.0molkg^-1，其是具有離子導電性的液態或凝膠態材料。

按上述方案：所述的正極活性材料KZnHCF的分子式為K_xZn_y[Fe(CN)₆]_z·nH₂O，其中，0x20，0y20，0z20，0n20，所述的KZnHCF為不規則多邊形顆粒，尺寸大小為5nm-100um。

按上述方案，所述的KZnHCF顆粒的制備方法，包括以下步驟：

1)配置溶液：鋅可溶鹽的均勻溶液A，亞鐵氰化鹽和鉀可溶鹽的均勻溶液B，所述的均勻溶液A中的鋅可溶鹽的濃度為0.1mM-20.0M，均勻溶液B中的亞鐵氰化鹽的濃度為0.1mM-20.0M，鉀可溶鹽的濃度均0.1mM-30.0M；