[發明專利]導電金屬有機骨架材料及其制備方法和應用、鍺空氣電池陽極、鍺空氣電池

在審

• 申請號: 202211266389.5
• 申請日: 2022-10-17
• 公開（公告）號: CN115678023A
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發明（設計）人: 于英健;張雨航
• 申請（專利權）人: 昆明學院
• 主分類號: C08G83/00
• 分類號: C08G83/00;H01M4/02;H01M4/62;H01M12/06
• 代理公司: 昆明金科智誠知識產權代理事務所(普通合伙) 53216
• 代理人: 楊釗霞

本發明提供一種導電金屬有機骨架材料及其制備方法和應用、鍺空氣電池陽極、鍺空氣電池。其中，導電金屬有機骨架材料的制備包括：將2,3,6,7,10,11?六氨基三苯六鹽酸鹽分散于水溶液中，得到溶液I；將六水氯化鎳分散于水溶液中，得到溶液II；將溶液I與溶液II混合進行反應；反應完全后，在混合溶液中滴加氨水繼續反應，最終制得導電金屬有機骨架材料。本發明采用掛膜法，將導電MOF材料Ni₂(HITP)₃薄膜與鍺陽極復合在一起，薄膜將鍺陽極與電解質隔開但不影響電荷傳遞，從而減少陽極表面的鈍化以提升電池性能。

技術領域

本發明涉及材料技術領域，尤其涉及一種導電金屬有機骨架材料及其制備方法和應用、鍺空氣電池陽極、鍺空氣電池。

背景技術

對比鍺空氣電池和其他空氣電池，鍺空氣電池有其特有的優勢。鍺空氣電池具有更好的放電動力學，從而導致更高的實際功率密度和實際比能量密度，其功率密度幾乎是RTIL基硅空氣電池的3倍，是堿性硅空氣電池的100倍左右，其實際能量密度分別是商用鋅空氣電池和鋁空氣電池的兩倍和三倍(Phys.Chem.Chem.Phys.,2014,16:22487—22494；ChemElectroChem,2016,3:242—246)。在堿性條件下，鍺陽極表面不可避免地會發生鈍化反應，而鈍化會使得剩余陽極不可使用。因此對鍺陽極加工處理從而減少表面鈍化是個可以提升電池性能的可行方案。

金屬有機骨架(Metal-organic frameworks,以下簡稱：MOFs)是一類晶體多孔材料，由金屬簇節點和有機配體組成，其具有高孔隙率、高比表面積、孔結構可調控等結構優勢。然而，大多數MOFs材料由于其自身的絕緣特性，在很大程度上限制了它們在電化學方向上的應用。

因此，如何將金屬有機骨架材料應用在鍺空氣電池陽極上，以減少鍺陽極表面鈍化，成為當下需要解決的問題。

發明內容

本發明的目的在于解決上述現有技術存在的缺陷，提供一種導電金屬有機骨架材料及其制備方法和應用、鍺空氣電池陽極、鍺空氣電池。

一種導電金屬有機骨架材料的制備方法，包括：

將2,3,6,7,10,11-六氨基三苯六鹽酸鹽分散于水溶液中，得到溶液I；

將六水氯化鎳分散于水溶液中，得到溶液II；

將所述溶液I與溶液II混合進行反應；

反應完全后，在混合溶液中滴加氨水繼續反應，最終制得所述導電金屬有機骨架材料。

進一步地，如上所述的導電金屬有機骨架材料的制備方法，所述溶液I與溶液II的體積比為1:1。

進一步地，如上所述的導電金屬有機骨架材料的制備方法，所述溶液I的濃度為1.5×10^-3M-7.5×10^-3M，所述溶液II的濃度為1.0×10^-3M-5.0×10^-3M，該兩種水溶液的濃度比為1.4～1.6:1。

進一步地，如上所述的導電金屬有機骨架材料的制備方法，所述溶液I與溶液II的反應條件為55-70℃下反應20-40min。

進一步地，如上所述的導電金屬有機骨架材料的制備方法，所述的氨水濃度為14M，與混合溶液的體積比為200：1-3。

如上任一所述方法制備得到的導電金屬有機骨架材料。

如上所述的導電金屬有機骨架材料在制備鍺空氣電池陽極的應用。

如上所述的應用，包括：

將薄膜狀所述導電金屬有機骨架材料采用掛膜法附著到鍺片表面，以形成鍺片與導電金屬有機骨架材料構成的復合材料；