[發(fā)明專利]一種基于太陽光輔助的可充電鋁空氣電池及其制備方法

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• 申請日: 2021-08-11
• 公開（公告）號: CN113659156A
• 公開（公告）日: 2021-11-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張宇;侯星;楊黎妮;馬天翼;李碩;宋溪明
• 申請（專利權(quán)）人: 遼寧大學(xué)
• 主分類號: H01M4/88
• 分類號: H01M4/88;H01M4/90;H01M4/86;H01M14/00;C01G31/00
• 代理公司: 沈陽杰克知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21207
• 代理人: 金春華

本發(fā)明涉及一種基于太陽光輔助的可充電鋁空氣電池及其制備方法。采用的技術(shù)方案是：空氣光電極的制備：配置碘化鉀與五水硝酸鉍的混合溶液，用稀硝酸調(diào)節(jié)pH，將配好的對苯醌乙醇溶液逐滴滴加到上述溶液中，攪拌，用電沉積的方法將BiOI沉積在導(dǎo)電玻璃上，沖洗，晾干，最后將乙酰丙酮氧釩的二甲亞砜溶液滴到BiOI上，煅燒，冷至室溫后浸入NaOH溶液中，之后用去離子水沖洗并自然晾干就可得到BiVO₄光電極。本發(fā)明制備了具有優(yōu)異的光催化活性和穩(wěn)定性的材料，通過引入太陽光，可將充電電壓大大將低。該發(fā)明實(shí)現(xiàn)了太陽能、化學(xué)和電能的協(xié)同轉(zhuǎn)化，為可充電鋁空氣電池開辟了一條新的途徑。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及金屬空氣電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種太陽光輔助的可充電鋁空氣電池及其制備方法。

背景技術(shù)

現(xiàn)代社會，由于化石能源的快速消耗和短缺以及日益嚴(yán)重的環(huán)境問題，高效、環(huán)保、可持續(xù)的儲能裝置成為研究人員追逐的熱點(diǎn)。目前鋰離子電池(LIBs)是最先進(jìn)、最成熟的器件，具有壽命長、能量密度高的優(yōu)點(diǎn)，但其存在鋰資源短缺、安全性差、可充電鋰離子電池的能量密度不足等問題限制了鋰離子電池在大規(guī)模儲能中的應(yīng)用。金屬-空氣電池因其成本低、安全性好、能量密度極高而備受關(guān)注。在這些金屬-空氣電池中，鋁-空氣電池因:(1)成本較低。鋁是地殼中含量最高的金屬，占地殼的7.73％。(2)超高的理論容量和能量密度。多價離子轉(zhuǎn)化反應(yīng)具有較高的理論比容量能量密度。(3)安全性和可持續(xù)性。與金屬鋰相比，鋁作為陽極材料具有更好的環(huán)境穩(wěn)定性，而被認(rèn)為是一個很有潛力的候選材料。

光能已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于電化學(xué)裝置，但在鋁空氣電池系統(tǒng)中應(yīng)用較少。將光能引入鋁空氣電池中，可充分利用太陽能，實(shí)現(xiàn)了太陽能到電能的轉(zhuǎn)換，同時用半導(dǎo)體電極材料代替貴金屬電極,顯著降低了鋁空氣電池的成本。本發(fā)明采用傳統(tǒng)半導(dǎo)體材料—釩酸鉍作為鋁空氣電池的空氣電極，在陽光照射下可顯著降低充電電壓，但放電電壓并沒有明顯的變化。因此設(shè)計(jì)以及尋找一種雙功能的光催化劑將是亟待解決的難題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是用電化學(xué)沉積法以及煅燒的方法制備出具有優(yōu)異的光催化活性的釩酸鉍薄膜電極材料，組裝成鋁空氣電池，進(jìn)行光電化學(xué)測試，經(jīng)過測試表明該材料在光照下可以大幅度降低電池的充電電壓。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了太陽、化學(xué)能、電能的協(xié)同轉(zhuǎn)化。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種基于太陽光輔助的可充電鋁空氣電池，制備方法包括如下步驟：用電化學(xué)沉積法先制備BiOI薄膜，滴加含有乙酰丙酮氧釩的二甲亞砜溶液后煅燒得到BiVO₄薄膜，將制好的光電極薄膜和鋁片進(jìn)行組裝，即得到鋁空氣電池。

優(yōu)選地，上述的一種基于太陽光輔助的可充電鋁空氣電池，所述的BiOI薄膜的制備方法包括如下步驟：配置含有碘化鉀和五水硝酸鉍的溶液，用硝酸調(diào)節(jié)其pH至酸性，將對苯醌乙醇溶液逐滴滴加到上述溶液中，攪拌30min，用電化學(xué)沉積的方法將BiOI沉積在導(dǎo)電玻璃上，用去離子水沖洗，自然條件下晾干。

優(yōu)選地，上述的一種基于太陽光輔助的可充電鋁空氣電池，按摩爾比為：碘化鉀：五水硝酸鉍：苯醌＝10：1：2。

優(yōu)選地，上述的一種基于太陽光輔助的可充電鋁空氣電池，所述的用硝酸調(diào)節(jié)其pH至酸性是將pH調(diào)節(jié)至1-2。

優(yōu)選地，上述的一種基于太陽光輔助的可充電鋁空氣電池，所述的電化學(xué)沉積法是指以Ag/AgCl為參比電極，Pt絲為對電極，導(dǎo)電玻璃為工作電極，在指定偏壓下進(jìn)行沉積。

優(yōu)選地，上述的一種基于太陽光輔助的可充電鋁空氣電池，BiVO₄薄膜的制備方法包括如下步驟：將0.2ml乙酰丙酮氧釩的二甲亞砜溶液滴到BiOI薄膜上，在馬弗爐中煅燒2h，冷至室溫后浸入NaOH溶液中，之后用去離子水沖洗并自然晾干就可得到BiVO₄薄膜。

優(yōu)選地，上述的一種基于太陽光輔助的可充電鋁空氣電池，所述的乙酰丙酮氧釩的二甲亞砜溶液的體積為0.2mL，濃度為2mol/L。