[发明专利]一种高倍率、低自放电的锌-有机电池及其应用

说明书

本发明公开了一种高倍率、低自放电的锌‑有机电池及其应用。本发明的锌‑有机电池Zn//r‑PTCDA正极材料为r‑PTCDA材料，负极材料为锌，电解液为无机锌离子水溶液，具有126.4mA h/g的高比容量，在电流密度增加160倍，达到32A/g的条件下还具有62.6％的容量保持率，具有优异的倍率性能，在循环1000次后还保持70％的容量，具有良好的循环稳定性能，电池在24小时静置后基本无容量损失，容量保持率99.9％，电池的自放电较低，具有高倍率，长寿命，可重复充放电并且自放电较低，在能源储存方面具有很大的应用前景。

技术领域

本发明涉及电化学储能电池技术领域，更具体地，涉及一种高倍率、低自放电的锌-有机电池及其应用。

背景技术

随着世界人口的急剧增长和人类社会的不断发展，人们对能源的各种需求日益增长。伴随着化石能源的枯竭，环境污染日益加重，近年来发展出了许多绿色环保的可再生能源和清洁能源，如风能、太阳能、潮汐能和地热能等。然而，由于可再生能源都具有间歇性和地域分散性的缺点，不能提供大范围、持续、稳定的电能，这时就需要发展安全可靠的新型电能储存器件来实现能量的储存和运输。比容量大、循环稳定性好、功率密度和能量密度高的新型储能装置既可以提高可再生能源的利用率和应用范围满足日常生活，又可以促进高新技术的发展。

锌-有机电池是一种低成本、高效、实用的新型能量存储装置，具有成本低，循环稳定性好等优点。它采用金属锌作为负极，有机化合物作为正极，含锌离子的水溶液作为电解液，安全无毒并且环境友好。锌电极不同于非常活泼的锂、钠金属电极，它在空气和水中都是稳定的，因此非常适合做水系储能器件。而有机化合物正极比起传统的过渡金属化合物，其成本和回收难度都要低很多，且容量和循环稳定性甚至优于金属基正极，具有很大的发展前景。目前对于锌-有机电池的开发还处于起步阶段，很多方面还不成熟，例如受制于高载量下急剧增加的离子/电子扩散阻力，锌-有机电池在高电流密度下的倍率性能还不够好，在快速放电的情况下不能储存足够的电能。同时，由于很多有机材料充放电过程中在表面吸脱附阳离子的机理，导致其组成的锌-有机电池的自放电很严重。因此，通过结构优化，开发一种具有高倍率性能和低自放电的锌-有机电池仍然是目前的一大挑战。

CN107069089A公开了一种电解液及锂离子电池，所述电解液包括锂盐、添加剂、有机溶剂及金属盐，所述金属盐为钠盐、钾盐、钙盐、铜盐、锌盐和镍盐中的至少一种。其主要是在电解液通过加入金属盐，提高电解液的导电率，降低电池内阻，提高电池倍率性能。钠盐中的钠离子、钾盐中的钾离子、钙盐中的钙离子、铜盐中的铜离子、锌盐中的锌离子或镍盐中的镍离子的半径比锂盐中的锂离子的半径大，能够使得SEI膜的孔径适度增大，这样生成的SEI膜，有利于锂离子的进出，降低了电池的内阻，提高了电池的倍率性能及循环性能。但其并未针对高电流密度下锌-有机电池的倍率性能和自放电性能的改善，且倍率性能改善效果有限，并不能解决现有锌-有机电池的倍率性能和自放电性能的改善问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有锌-有机电池的倍率性能和自放电性能缺陷和不足，提供一种高倍率、低自放电的锌-有机电池。

本发明的目的是提供一种高倍率、低自放电的锌-有机电池在电化学储能领域中的应用。

本发明上述目的通过以下技术方案实现：

一种高倍率、低自放电的锌-有机电池，所述锌-有机电池的正极材料为r-PTCDA材料，负极材料为锌，电解液为无机锌离子水溶液。

其中r-PTCDA材料为3,4,9,10-苝四甲酸二酐有机分子晶体(PTCDA)经过升华-凝华重结晶法所制得的r-PTCDA有机分子晶体。

锌负极材料可以为纳米材料或商业锌片、锌箔、锌线等商业锌材料，其中纳米锌材料通过恒电流电沉积方法制备得到，具体如下：