[发明专利]一种基于太阳光辅助的可充电铝空气电池及其制备方法

说明书

本发明涉及一种基于太阳光辅助的可充电铝空气电池及其制备方法。采用的技术方案是：空气光电极的制备：配置碘化钾与五水硝酸铋的混合溶液，用稀硝酸调节pH，将配好的对苯醌乙醇溶液逐滴滴加到上述溶液中，搅拌，用电沉积的方法将BiOI沉积在导电玻璃上，冲洗，晾干，最后将乙酰丙酮氧钒的二甲亚砜溶液滴到BiOI上，煅烧，冷至室温后浸入NaOH溶液中，之后用去离子水冲洗并自然晾干就可得到BiVO₄光电极。本发明制备了具有优异的光催化活性和稳定性的材料，通过引入太阳光，可将充电电压大大将低。该发明实现了太阳能、化学和电能的协同转化，为可充电铝空气电池开辟了一条新的途径。

技术领域

本发明涉及金属空气电池技术领域，具体涉及一种太阳光辅助的可充电铝空气电池及其制备方法。

背景技术

现代社会，由于化石能源的快速消耗和短缺以及日益严重的环境问题，高效、环保、可持续的储能装置成为研究人员追逐的热点。目前锂离子电池(LIBs)是最先进、最成熟的器件，具有寿命长、能量密度高的优点，但其存在锂资源短缺、安全性差、可充电锂离子电池的能量密度不足等问题限制了锂离子电池在大规模储能中的应用。金属-空气电池因其成本低、安全性好、能量密度极高而备受关注。在这些金属-空气电池中，铝-空气电池因:(1)成本较低。铝是地壳中含量最高的金属，占地壳的7.73％。(2)超高的理论容量和能量密度。多价离子转化反应具有较高的理论比容量能量密度。(3)安全性和可持续性。与金属锂相比，铝作为阳极材料具有更好的环境稳定性，而被认为是一个很有潜力的候选材料。

光能已经被广泛应用于电化学装置，但在铝空气电池系统中应用较少。将光能引入铝空气电池中，可充分利用太阳能，实现了太阳能到电能的转换，同时用半导体电极材料代替贵金属电极,显著降低了铝空气电池的成本。本发明采用传统半导体材料—钒酸铋作为铝空气电池的空气电极，在阳光照射下可显著降低充电电压，但放电电压并没有明显的变化。因此设计以及寻找一种双功能的光催化剂将是亟待解决的难题。

发明内容

本发明是用电化学沉积法以及煅烧的方法制备出具有优异的光催化活性的钒酸铋薄膜电极材料，组装成铝空气电池，进行光电化学测试，经过测试表明该材料在光照下可以大幅度降低电池的充电电压。本发明实现了太阳、化学能、电能的协同转化。

本发明采用的技术方案是：一种基于太阳光辅助的可充电铝空气电池，制备方法包括如下步骤：用电化学沉积法先制备BiOI薄膜，滴加含有乙酰丙酮氧钒的二甲亚砜溶液后煅烧得到BiVO₄薄膜，将制好的光电极薄膜和铝片进行组装，即得到铝空气电池。

优选地，上述的一种基于太阳光辅助的可充电铝空气电池，所述的BiOI薄膜的制备方法包括如下步骤：配置含有碘化钾和五水硝酸铋的溶液，用硝酸调节其pH至酸性，将对苯醌乙醇溶液逐滴滴加到上述溶液中，搅拌30min，用电化学沉积的方法将BiOI沉积在导电玻璃上，用去离子水冲洗，自然条件下晾干。

优选地，上述的一种基于太阳光辅助的可充电铝空气电池，按摩尔比为：碘化钾：五水硝酸铋：苯醌＝10：1：2。

优选地，上述的一种基于太阳光辅助的可充电铝空气电池，所述的用硝酸调节其pH至酸性是将pH调节至1-2。

优选地，上述的一种基于太阳光辅助的可充电铝空气电池，所述的电化学沉积法是指以Ag/AgCl为参比电极，Pt丝为对电极，导电玻璃为工作电极，在指定偏压下进行沉积。

优选地，上述的一种基于太阳光辅助的可充电铝空气电池，BiVO₄薄膜的制备方法包括如下步骤：将0.2ml乙酰丙酮氧钒的二甲亚砜溶液滴到BiOI薄膜上，在马弗炉中煅烧2h，冷至室温后浸入NaOH溶液中，之后用去离子水冲洗并自然晾干就可得到BiVO₄薄膜。

优选地，上述的一种基于太阳光辅助的可充电铝空气电池，所述的乙酰丙酮氧钒的二甲亚砜溶液的体积为0.2mL，浓度为2mol/L。