[发明专利]一种新型水系铜溴二次电池

说明书

本发明涉及一种新型水系铜溴二次电池，包括正极、负极和电解液，正极为能实现Br^‑/Br₂氧化还原反应的电极材料，负极为金属铜、铜的合金或其改性物，电解液中含有Cu²⁺和Br^‑/Br₂。本发明的新型水系铜溴二次电池，其正极采用具有较好电化学活性的电极材料，通过可溶性的氧化还原电对Br^‑/Br₂在正极/电解液界面上反应；负极发生铜离子在金属铜或其负极基底上的可逆沉积与氧化反应。本发明的铜溴二次电池成本低，且具有优异的可充性、循环寿命和大电流放电性能；能够进行稳定的充放电，容量可为190‑630mAhg^‑1，经过5000圈的循环后容量保持率为89‑93％；铜溴二次电池的能量密度可为210‑690Whkg^‑1，功率密度可为1.78‑2.1kWkg^‑1。

技术领域

本发明涉及电化学储能领域，尤其涉及一种新型水系铜溴二次电池。

背景技术

能源危机与环境污染是当今人类密切关注和迫切需要解决的问题，近年来随着电动汽车的发展以及电网储能的发展，开发低成本，具有高安全性、高能量密度及功率密度的二次电池十分必要。然而锂电池存在自身的安全隐患，价格高，难以实现快速充电等问题限制了它在电动汽车以及混合电动汽车和智能电网中的广泛应用。水溶液具有廉价易得，安全环保等优势，而早期基于水系电解液的铅酸电池、Ni-Cd电池、Ni-MH电池由于能量密度低，循环寿命差，对环境污染严重，逐渐被淘汰。

近年来发展起来了各种新型二次水系电池：水溶液可充锂电池，水溶液可充钠/钾电池等，具有高能量密度、高功率密度、放电过程高效安全、电池材料无毒廉价、制备工艺简单等优点，在大型储能等领域具有很高应用价值和发展前景。然而，寻找价格更加低廉，性能优异的正负极材料成为水系电池研究的难点。

发明内容

本发明为解决现有技术中的问题提出一种新型水系铜溴二次电池，负极采用能够在水溶液中稳定反应的Cu/Cu²⁺，在铜电极上发生可逆的铜离子的沉积和氧化，氧化还原电对Br^-/Br₂在正极/电解液界面上反应，所组成的Cu//Br电池表现出优异的电化学性能，具有能与铅酸电池媲美的能量密度和功率密度。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供了一种新型水系铜溴二次电池，包括正极、负极和电解液，所述正极为能实现Br^-/Br₂氧化还原反应的电极材料，所述负极为金属铜、铜的合金或其改性物，所述电解液中含有Cu²⁺和Br^-/Br₂。

进一步地，所述能实现Br^-/Br₂氧化还原反应的电极材料为碳材料、金属/非金属电极或FTO、ITO导电玻璃。

进一步优选地，所述碳材料为石墨、活性炭、碳纤维、碳毡、石墨毡、三维石墨烯或其氧等离子体处理改性物中的至少一种。

进一步优选地，所述金属/非金属电极为金电极、铂电极、玻碳电极、Ni/Al电极中的一种。

进一步地，所述新型水系铜溴二次电池还包括负极集流体，所述负极集流体是提供铜沉积氧化的基底材料。

进一步优选地，所述负极集流体的材质为金属铜、铝、银或其合金或者碳材料，所述负极集流体为板状或多孔状。

进一步地，所述新型水系铜溴二次电池还包括置于所述正极和负极之间的隔膜，所述隔膜为亲水多孔隔膜。

进一步地，所述电解液为含有Cu²⁺和Br^-/Br₂的水溶液或水凝胶。