[發(fā)明專利]一種用于水系鋅-空氣電池的Co-FPOH微球材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110284212.7
• 申請日: 2021-03-17
• 公開（公告）號: CN113078328B
• 公開（公告）日: 2023-01-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋璐濤;呂建國;呂斌;和慶鋼;侯陽;張慶華;高翔
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: H01M4/90
• 分類號: H01M4/90;H01M4/88;H01M12/08
• 代理公司: 杭州宇信聯(lián)合知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33401
• 代理人: 梁群蘭

本發(fā)明公開了一種用于水系鋅?空氣電池的Co?Fe₅(PO₄)₄(OH)₃?H₂O(Co?FPOH)微球正極材料及其制備方法。制備方法包括：首先將植酸溶解在水中形成水相和將硬脂酸鐵與硬脂酸鈷溶解在甲苯中形成油相；然后將水相和油依次相轉(zhuǎn)移到聚四氟乙烯內(nèi)膽中進(jìn)行水熱反應(yīng)，即可得到Co?FPOH微球正極材料。本發(fā)明制備方法操作簡單，不需要復(fù)雜設(shè)備，成本低廉；制備的Co?FPOH微球具有均勻的尺寸，微球表面形成粗糙多孔結(jié)構(gòu)。在鋅?空氣電池的測試過程中顯示出了817 mAh g_zn^?1的放電容量和167.8 Wh cm^?2的峰功率密度；在2 mA cm^?2的電流密度下能循環(huán)長達(dá)2500 h。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水系鋅-空氣電池電極材料的領(lǐng)域，特別涉及一種用于水系鋅-空氣電池的過渡金屬磷酸鹽電極材料及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，百姓的生活水平不斷提高，如何改善居住環(huán)境，增強(qiáng)百姓的生活幸福 感成為了目前最大的民生問題。然而在獲取生存所需的必要能源時(shí)，卻常常伴隨著大量的污 染，極大地影響了人們高質(zhì)量生活的愿景。其中電力主要來源于化石能源的轉(zhuǎn)化，而火電站 發(fā)電所剩“余熱”被排出到湖泊、大氣或海洋中，極有可能會引起熱污染，破壞了該區(qū)域生 態(tài)環(huán)境。此外，化石燃料由于其高含碳量，燃燒過程中大量的溫室氣體二氧化碳的排放是全 球變暖的一個(gè)重要因素；伴隨燃燒產(chǎn)生的二氧化硫、氮氧化物和大量粉塵顆粒物又是造成霧 霾的元兇，給人們的生活和健康帶來了嚴(yán)重影響。太陽能、風(fēng)能等作為環(huán)境友好的新型可持 續(xù)發(fā)展能源，為綠色化進(jìn)程提供了可能。但是光伏發(fā)電的高成本和低效率、風(fēng)力發(fā)電的間歇 性以及噪音問題使得該類綠色能源的推進(jìn)仍然有很長路要走。除此之外，近年來，隨著可再 生能源的普及和政策力度的提升，一系列高度集成智能電網(wǎng)以及電動汽車產(chǎn)業(yè)開始迅速發(fā) 展，因此，電化學(xué)能源存儲與轉(zhuǎn)換成為了綠色新能源發(fā)展的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。電化學(xué)能源存儲 和轉(zhuǎn)換的研究熱點(diǎn)包括：一次電池、二次電池、超級電容器、燃料電池和光電化學(xué)電池。其 中備受關(guān)注的燃料電池作為一種能量轉(zhuǎn)換裝置有其獨(dú)特的優(yōu)勢：直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能， 不受卡諾循環(huán)的限制，能量轉(zhuǎn)換率高(46％-75％)，環(huán)境友好，安全性高。介于傳統(tǒng)電容器與 電池之間的特殊能源儲備裝置超級電容器也具有較大發(fā)展?jié)摿Γ瑩?jù)不完全統(tǒng)計(jì)，國內(nèi)保有量 已超過40萬輛全電驅(qū)動汽車以及油電混合汽車，并且超級電容器以及二次電池已被主流市 場接受，電動汽車的規(guī)模化是大勢所趨。然而，隨著實(shí)際應(yīng)用化進(jìn)程的推進(jìn)，對電化學(xué)能源 轉(zhuǎn)化設(shè)備的要求也越來越高，只有具備高功率密度、低自放電、快速充放電性能等性能的儲 能設(shè)備才能真正應(yīng)對實(shí)際應(yīng)用過程中的挑戰(zhàn)，尤其是如何在苛刻的環(huán)境下保持體系的轉(zhuǎn)化效 率以及安全性是巨大的挑戰(zhàn)，需要全方位地了解其運(yùn)行機(jī)制并采取相應(yīng)的改良手段。

鋅-空氣電池（ZABs）是一類特殊的堿性燃料電池，其比能量主要是由負(fù)極金屬鋅所決定。與傳統(tǒng)電池相比，它具有更高的比能量（約為普通干電池的5-7倍）。電池體系允許深度放電，工作電流范圍很寬（取決于空氣電極的析氧反應(yīng)OER和氧還原反應(yīng)ORR的反應(yīng)活性)，且能在-10-70℃的溫度范圍內(nèi)正常工作。電池的生產(chǎn)成本低，正極的反應(yīng)物質(zhì)是空氣中的氧氣，而負(fù)極活性物質(zhì)鋅來源豐富。最重要的是，不管是電池本身材料還是工作過程中均不會產(chǎn)生污染問題，鋅-空氣電池從根本上摒棄了傳統(tǒng)電池中的鉛、汞鎘等有毒元素，解決了傳統(tǒng)電池的污染問題，符合發(fā)展新能源計(jì)劃的基本要求。作為典型清潔能源轉(zhuǎn)換領(lǐng)域的重要發(fā)展方向之一，被廣泛應(yīng)用于小型移動電子設(shè)備且在電動汽車、智能電網(wǎng)等中小型規(guī)模領(lǐng)域中具有可實(shí)用性，該電池體系主要是由三個(gè)部分組成：陽極金屬 Zn、堿性或中性鹽電解液、陰極空氣電極。其中空氣電極一般由催化層、集流層、疏水層組成。