[发明专利]一种锌碘电池结构

说明书

本发明公开了一种锌碘电池结构，包括外壳，所述的外壳内形成腔体，腔体的中间设置有将腔体分割成两部分的阳离子交换膜；其负极输出端设置有保护阳离子交换膜的玻璃纤维件；在玻璃纤维件的外侧设置有浸润有ZnI₂溶液的石墨毡；负极输出端的石墨毡上敷有Bi粉，正极输出端的石墨毡上敷有Sm粉。在石墨毡的外侧设置有作为电池的电流引出通道的碳板；在两个石墨毡之间设置有回流通道。采用电阻较小的均相阳离子交换膜，克服了严重的自放电问题；采用开放流动系统的液流电池，有效解决了充放电过程中体积会变化导致的压强变化的问题。通过在阳离子交换膜的两侧，使用玻璃纤维制品使充电过程中生成的枝晶体无法到达隔膜，避免刺穿隔膜而导致短路。

技术领域

本发明涉及一种电池结构，具体为一种锌碘电池结构以及这种锌碘电池的制作方法，属于属于材料科学与工程领域。

背景技术

日常生活中，常用的可充电电池(亦称二次电池)有铅蓄电池和锂离子电池等，对于铅蓄电池，价钱便宜是一大优势，但铅对环境有害，目前欧洲许多国家已经开始禁用。锂离子电池具有能量密度高的优点，而且相对来说环境友好，但由于使用有机电解质，易着火，固态电解质的锂离子电池成本又比较高，而且还不成熟。这两种电池还有共同的缺点就是循环能力有限，象铅蓄电池，一般只达到500次左右，即使是最好的锂离子电池，目前也就是两千多次。因此迫切需要一种电池，它安全、环保，具有较高的储能密度和较好的循环能力，且造价还比较低，锌碘电池可以满足这一要求。

锌碘电池的最初报道是由美国西北大学PNNL国家实验室发出的，他们做的其实是锌碘液流电池，发表于Nature Communications 6,6303(2015)。从电池的储能特性看，其能量密度已接近磷酸铁锂电池，但液流电池的特征决定了其无法小型化。

我们对这种锌碘液流电池进行改造，试图摆脱液流装置的束缚，发现有两个问题：(1)如何克服严重的自放电问题？(2)充放电过程中体积会变化导致的压强变化。我们知道水也会微弱电离的，H₂O←→OH^-+H⁺,而OH^-又是Zn²⁺的络合剂，可以形成[Zn(OH)_n]^2-n(其中n＝1,2,3,4,5)络合物，这样，充电或放电时Zn²⁺、[Zn(OH)]⁺、H⁺都可以在电场力驱动下通过阳离子交换膜进入另一极，而[Zn(OH)]⁺不稳定，很容易变成[Zn(OH)]⁺←→Zn²⁺+OH^-而OH^-+H⁺→H₂O，这就相当于在交换锌离子的同时，将一个水分子也带到由阳离子交换膜分隔的另外一极，充电时由从正极带到负极，而放电时相反，从负极带到正极，这种变化导致了正负极水量的变化，进而导致体积的变化，并最终导致压强的变化，ZnI₂浓度越高越强烈。这种特性，如果没有有效方法应对，不仅会限制ZnI₂浓度的提高，亦即限制能量密度的提高，而且极易造成电池的损坏。除了两个主要问题，还要考虑一般性的锌电池所要面对的枝晶问题。此外，锌碘电池的工作电压与水的电化学窗口比较接近，充电时极易在两个电极产生氢气和氧气。从而给所制作的电池的安全带来隐患。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种锌碘电池结构以及这种锌碘电池的制作方法；以解决现有技术的上述问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的。