[发明专利]一种水系卤素-氢气二次电池

说明书

本发明提供一种水系卤素‑氢气二次电池，包括：电解液，为含有卤素离子的水溶液；正极，用于在其与电解液界面进行卤素不同价态之间的氧化还原反应；负极，用于在其与电解液界面进行H₂O或H⁺到H₂的氧化还原反应，其上承载有催化剂；隔膜，设于正极与负极之间。本发明的卤素‑氢气二次电池具有优异的循环寿命，可达60000圈几乎没有衰减，体积容量可高到18.9Ah L^‑1，并且能够进行100C大电流放电。

技术领域

本发明涉及电化学储能技术领域，具体涉及一种水系卤素-氢气二次电池。

背景技术

随着传统化石燃料的不断消耗，可再生能源被公认是解决能源危机的有效方法。但是，可再生能源的间歇性促使了一些电池用在电网储能的快速发展。虽然早期开发的铅酸电池，镍金属氢化物电池，以及液流电池都有望被广泛的应用。然而，要实现更高循环稳定性的水系电池，仍然面临着众多的挑战。因此，迫切需要开发一种新型的二次水系电池体系，以实现大规模的能量存储。

据研究，氢气电极在催化方面表现出的析氢反应与氢气氧化反应，具有低的过电位以及良好的稳定性。因此，氢气电极优异的电化学性能激励着研究人员对新型的氢气电池体系进行研究与探索。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对上述问题，本发明提供了一种水系卤素-氢气二次电池，用于至少部分解决传统电池难以实现大规模的能量存储、循环寿命短、安全性低等技术问题。

(二)技术方案

本发明提供了一种水系卤素-氢气二次电池，包括：电解液，为含有卤素离子的水溶液；正极，用于在其与电解液界面进行卤素不同价态之间的氧化还原反应；负极，用于在其与电解液界面进行H₂O或H⁺到H₂的氧化还原反应，其上承载有催化剂；隔膜，设于正极与负极之间。

进一步地，电解液为酸性、中性或碱性中的一种。

进一步地，卤素离子为碘离子、溴离子或氯离子中的一种。卤素不同价态之间的氧化还原反应为碘不同价态之间的氧化还原反应、溴不同价态之间的氧化还原反应或氯不同价态之间的氧化还原反应。

进一步地，碘不同价态为I^-、I₃^-、I₂、IO^-或IO₃^-中的一种，溴不同价态为Br^-、Br₃^-、Br₂、BrO^-或BrO₃^-中的一种，氯不同价态为Cl^-、Cl₂或ClO₃^-中的一种。

进一步地，负极为集流体，集流体是承载催化剂的载体。

进一步地，催化剂包括贵金属、非贵金属或碳材料。