[发明专利]一种双活性离子增强可充放电混合锌离子电池储能器件

说明书

本发明涉及一种双活性离子增强可充放电混合锌离子电池储能器件，属于电化学储能器件制备技术领域。一种双活性离子增强可充放电混合锌离子电池储能器件，包括正、负极和电解液，所述负极是金属锌或者锌合金，所述正极是具有电容性能的高比表面积碳材料，其形貌可以是整体块状或者粉末状，所述电解液中含有活性离子溴离子、锰离子中的至少一种或两种，含有锌离子，含有硫酸根离子或者硝酸根离子或者氯离子中的至少一种。相对于传统的锌离子电池或者混合锌离子电池，本发明的储能器件具有高比容量、高能量密度的优点，具有商业化应用的潜力。

技术领域

本发明涉及一种双活性离子增强可充放电混合锌离子电池储能器件，属于电化学储能器件制备技术领域。

背景技术

随着风能、太阳能、潮汐能等清洁能源的发展，人们迫切需要高效的储能装置。此外，新能源汽车、手机、笔记本等可移动设备的飞速发展也迫切需要高能量、高功率密度、环境友好的储能器件。

水系混合锌离子电池，采用活性炭类材料作为正极，正极通过离子的吸附脱附进行双电层电化学储能，金属锌作为负极，负极通过锌离子溶解沉积进行电池特性的电化学储能，含有锌离子的水溶液作为电解液。

活性炭类碳基材料具有循环稳定性好、功率密度高等优点；锌负极具有高理论比容量(820mAh/g)、高稳定性、无毒、储量丰富、经济等优点；水系电解液具有安全环保、廉价等优点。结合以上三方面的优势，水系混合锌离子电池正在吸引越来越多研究者的关注，然而，其能量密度仍然较低，不能满足实际的应用需要。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种双活性离子增强可充放电混合锌离子电池储能器件，该储能器件具有高比容量的优点。通过提高其比容量，可以实现高能量密度的要求。

一种双活性离子增强可充放电混合锌离子电池储能器件，包括正、负极和电解液，所述负极是金属锌或者锌合金，所述正极是具有电容性能的高比表面积碳材料，其形貌可以是整体块状或者粉末状，所述电解液中含有活性离子溴离子、锰离子中的至少一种或两种，含有锌离子，含有硫酸根离子或者硝酸根离子或者氯离子中的至少一种。电解液中的溶剂为去离子水。

本发明中，负极、正极的储能原理如以下公式所示，此外正极还包括离子吸附脱附的双电层原理。

负极：

正极：

在本发明中，双活性离子增强可充放电混合锌离子电池储能器件，正极电荷存储主要来源于双电层电容和活性离子氧化还原反应过程的电池类型容量，负极主要利用锌离子的溶解沉积过程进行储能。

作为优选，电解液中所述溴离子或锰离子或两者之和的浓度为0.01mol/L～5mol/L。进一步优选，电解液中所述溴离子或锰离子或两者之和的浓度为0.02mol～2mol/L。进一步优选，电解液中含有溴离子和锰离子，两者之和的浓度为0.05～0.5mol/L。

作为优选，所述负极的形貌为金属箔片状、泡沫状或者粉末粘结而成的膏状物。

作为优选，所述碳材料为活性炭、碳纳米管、石墨烯中的一种或几种，优选为比表面积达到1500m²/g以上的活性炭。

作为优选，电解液中，各种离子的浓度范围为0.001mol/L～10mol/L。

作为优选，所述储能器件还包括用于负载正极的正极集流体，所述正极集流体为碳布、碳纤维、碳毡、不锈钢箔、不锈钢网、钛片中的一种。

作为优选，所述储能器件还包括用于装载正极、负极、电解液的壳体，优选为扣式电池壳、柱状电池壳。

作为优选，所述储能器件还包括位于正极和负极之间的隔膜，所述隔膜的材料为玻璃纤维或者无纺布。一般采用Whatman品牌的玻璃纤维隔膜，或者MPF30AC型号的水系隔膜。