[发明专利]二氧化碳电池的正极结构及金属-二氧化碳电池

说明书

本发明公开了一种二氧化碳电池的正极结构及金属‑二氧化碳电池，所述正极结构包括“盐包水”电解液与二氧化碳正极，通过“盐包水”电解液与二氧化碳正极，从根本上解决了有机电解液易燃烧、易爆炸及传统水系电解液易挥发和电化学窗口窄的问题，并提升了电池在纯二氧化碳条件下的充放电性能和稳定循环性能。

技术领域

本发明涉及电池能源领域，特别涉及一种二氧化碳电池的正极结构及金属-二氧化碳电池。

背景技术

随着社会的快速进步与科技革新，煤、石油和天然气等化石燃料的过度消耗引发了全球对能源短缺的担忧，虽然太阳能、潮汐能和风能等可再生能源可以减轻对化石燃料的依赖，但这些可再生能源具有不稳定性和间歇性。另一方面，化石能源的燃烧排放了大量二氧化碳(CO₂)等温室气体，造成严重的环境污染，实现碳循环也成为全世界人民关注的热点。为了缓解日益加剧的温室效应，解决可再生能源的不稳定性和间歇性，发展一种既可以高效处理CO₂又能进行能量储存和转换的装置迫在眉睫。

金属-二氧化碳(Me-CO₂)电池将温室气体CO₂引入电池系统，资源化利用CO₂，不仅可以缓解温室效应，还可以作为储能装置存储间歇性的可再生能源(太阳能、风能、地热能、潮汐能等)，提供大量电能以满足日常生活中人们对能源的需求，降低对化石燃料的消耗。在众多的金属-二氧化碳电池中，锂-二氧化碳电池的研究相对较早，取得了一些令人满意的结果，但由于锂资源的匮乏，锂-二氧化碳电池的发展势必会受到限制，而与锂处于同一主族的钠的储量是锂的430倍，价格约为锂的十分之一，钠-二氧化碳电池与锂-二氧化碳电池工作原理类似。其中，钠-二氧化碳电池具有能量效率高(过电位较低)、循环性能好(产物的稳定性较好)、价格更便宜的优点(钠元素的储量丰富)，极有潜力在电动汽车及太阳能储能转换上应用。开展与钠-二氧化碳电池应用相关的研究对解决传统化石能源的短缺及过度开发对环境的破坏具有重要意义。

目前，金属-二氧化碳电池中，如钠-二氧化碳电池，主要为有机体系和有机/水混合体系。在有机体系中，由于其正极和负极电解液都采用有机电解液，电池的放电产物难以溶解在正极电解液中，导致电池的过电位高、循环稳定性差，并且，开放的正极使用有机电解液极易发生燃烧或爆炸。而有机/水混合体系的电池由于其正极采用水系电解液可以很好的解决产物难溶解和电解液燃烧爆炸问题。但现有机/水混合体系电池在使用过程中，水系电解液存在着易挥发、电化学窗口窄等问题，挥发使得电解液浓度发生变化，影响电池电化学性能，窄的电化学窗口限制了电池的实际应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种二氧化碳电池的正极结构，通过“盐包水”电解液与二氧化碳正极，从根本上解决了有机电解液易燃烧、易爆炸及传统水系电解液易挥发和电化学窗口窄的问题，并提升了电池在纯二氧化碳条件下的充放电性能和稳定循环性能。

为实现上述发明目的，本发明一种实施例提供的一种二氧化碳电池的正极结构包括“盐包水”电解液与二氧化碳正极。

相较于现有技术，上述二氧化碳电池的正极结构采用“盐包水”电解液与二氧化碳正极，通过将正极有机电解液或传统水电解液更换为“盐包水”电解液，使得从根本上解决了二氧化碳电池有机电解液易燃烧、易爆炸及传统水系电解液易挥发和电化学窗口窄的问题，并提升了电池在纯二氧化碳条件下的充放电性能和稳定循环性能。“盐包水”电解液中的水可以被限制于盐中，只有少部分的水呈自由态，这很好地降低了水的活性，扩大了“盐包水”电解液使用的温度范围。