[发明专利]使用以深共熔溶剂为主的电解质的锌卤化物电池

说明书

本发明提供一种用于静态或非流动式可再充电电化学电池单元或电池的非水性电解质，其中所述电解质包含：包含锌盐的第一深共熔溶剂、包含一或多种季铵盐的第二深共熔溶剂和氢键供体。本发明的另一方面还提供一种采用本发明的所述非水性电解质的非流动式可再充电电化学电池单元。

相关申请的交叉引用

本PCT申请要求2016年5月17日提交的美国临时申请第62/337,414号和2016年6月9日提交的美国临时申请第62/347,680号的权益。这些文件均以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及改善电化学电池单元中的性能(例如电流流动和能量储存)。更特定地说，本发明涉及将电流分布在以深共熔溶剂为主的电解质电化学电池单元内的阳极电流收集器与阴极电流收集器之间。

背景技术

用于峰值负载均衡和可再生能量储存应用的传统能量储存技术包括锂离子电池、铅-酸电池和镍-铁电池。除了使用有毒和/或环境有害材料以外，这些传统技术存在的缺点包括高制造成本、使用寿命和安全性降低或效率和能量密度降低中的一或多者。

近年来，开发了锌卤化物电池作为传统能量储存技术的替代方案。这些锌卤化物电池使用水性电解质，如溴化锌和氯化锌电解质。溴化锌和氯化锌水性电解质也具有缺点。举例来说，由于元素卤化物在水中的溶解性极差，故溴化锌电池需要络合剂以防止形成有毒和腐蚀性溴化物蒸气。这些络合剂降低溴化锌电池的能量密度、使用寿命和效率。相比之下，已知尚无用于防止氯化锌电池中形成有害氯化物气体的络合剂，且因此氯化锌电池需要加压以防止有害氯化物气体逸出。由于所需的加压，故氯化锌电池从未成功地商品化。

发明内容

本发明的一个方面提供一种用于非流动式可再充电锌卤化物电化学电池单元中的非水性电解质，所述非水性电解质包含深共熔溶剂，所述深共熔溶剂选自ZnCl₂、ZnBr₂、其水合物盐或其任何组合；和一或多种季铵盐；和氢键供体，所述氢键供体选自脲、甲基脲、乙酰胺、咪唑、丙三醇、乙二醇、乙酸、草酸、苯六甲酸、羟丙二酸、酒石酸、丙酸、丙二酸、乳酸、乙酰乙酸、丁二酸、苯酚、邻甲酚、二甲苯酚、木糖醇、山梨醇、异山梨醇、果糖、葡萄糖或其任何组合，其中所述电解质包含小于20wt％的水。

在一些实施例中，所述电解质进一步包含表面活性剂。举例来说，所述表面活性剂选自具有式R-SO₄^-M⁺、R-PO₄^-M⁺、R-SO₃^-M⁺、R-CO₂^-M⁺、R'-NH₃⁺A^-、(R')₂-NH₂⁺A^-或(R')₃-NH⁺A^-的化合物，和聚乙二醇(PEG)衍生物，其中各M⁺为具有+1电荷的金属阳离子；各A^-为具有-1电荷的阴离子；且R和R'各自独立地为C_1-20支链或非支链烃链，其中一或多个亚甲基任选地且独立地被-O-替换。在一些实例中，表面活性剂为钠、钙或钾的烷基硫酸盐、磷酸盐、磺酸盐或羧酸盐或其任何组合。在其它实例中，表面活性剂选自月桂基硫酸钠、十二烷基硫酸钠、聚乙二醇衍生物、胆碱衍生物、伯烷基铵盐、仲烷基铵盐、叔烷基铵盐或其任何组合。