[发明专利]金属态的Hx在审

专利信息
申请号: 202210754011.3 申请日: 2022-06-29
公开(公告)号: CN115172903A 公开(公告)日: 2022-10-11
发明(设计)人: 许旺旺;李鹏举;伊新丽;赵康宁;刘朝政 申请(专利权)人: 三峡大学
主分类号: H01M10/36 分类号: H01M10/36;H01M4/48;H01M4/04;B82Y40/00
代理公司: 宜昌市三峡专利事务所 42103 代理人: 成钢
地址: 443002 *** 国省代码: 湖北;42
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摘要:
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【说明书】:

发明提供一种金属态的HxMoO3纳米带电极材料,该HxMoO3纳米带电极材料中0.5≤x≤2.0。在首次放电过程中,将含α‑MoO3电极片、石墨棒和饱和Ag/AgCl分别作为工作电极、对电极、参比电极组装成三电极电池,并在H2SO4水溶液中,在‑0.38V~0.7V进行CV循环,实现质子嵌入后制备得到HxMoO3纳米带。作为质子电池的正极材料,在500 mA/g的超高电流密度下,以一个案例中得到金属态的H1.75MoO3纳米带表现出111 mAh/g的高比容量,充电时间少于1 s。在功率密度为8.7 kW/kg、12.7 kW/kg条件下,H1.75MoO3对称电池表现出59 Wh/kg、14.7 Wh/kg的能量密度。

技术领域

本发明提供一种新的电极材料,具体为金属钛的HxMoO3纳米带电极,属于新型电池技术领域。

背景技术

理想的储能设备需要在更短的时间内以更轻的重量储存更多的能量。基于电极理论容量的计算,电荷载流子的原子质量越低,理论能量密度越大。近年来,大量的研究工作集中在以金属元素为载流体的电池上,如Li+、Na+、Zn2+和Al3+等。但对非金属离子的关注较少,尤其是质子离子。相比于金属离子,质子离子不仅资源丰富、具有非常小的离子半径,而且还可以通过质子跳跃/Grotthuss自由扩散进行离子传输,被认为是理想的电荷载流体。质子电池有望成为未来规模化储能的理想器件。而高性能的电极材料是实现质子电池应用的关键。三氧化钼材料因其成本低廉和高容量特点,而被广泛应用于各种充放电电池的正极材料。

质子因其离子尺寸小和质量轻等优点被认为是“摇椅”式电池中最理想的储能电荷载体。相比较于其它金属阳离子,以氢离子为电荷载体的质子电池表现出高的安全性和优异的循环稳定性,具有巨大的应用前景。目前,对于质子电池的研究仍处于起步阶段,可用于质子电池的正极材料鲜有报道。因此,开发新型高性能的质子电池正极材料具有重要的意义。

近年来,α-MoO3也被研究作为质子电池的正极,实现高度可逆的质子存储。但α-MoO3低的导电率,常常造成电池容量快速衰减。

发明内容

针对上述技术问题,本发明提供一种以MoO3纳米带为原料通过电化学活化的方式,开发设计了一种新型的金属态的HxMoO3纳米带作为质子存储的电极材料。本发明所提供的金属态H1.75MoO3纳米带作为质子电池的正极材料,有效增强了质子电池的倍率性能。

金属态的HxMoO3纳米带电极材料,该HxMoO3纳米带电极材料中0.5≤x≤2.0。

作为优选方案所述的1.0≤x≤2.0。

更进一步的,作为优选方案所述的x为1.0、1.25、1.5、1.75、或2.0。

通过理论计算,原位拉曼以及非原位的XRD可以发现,在X值较低(小于1)的时候,HxMoO3维持着α-MoO3的半导体能带以及其正交结构。随着更多氢离子的嵌入,如1.0≤x≤2.0,HxMoO3导带和价带之间的间隙越来越小,X=1.75时,形成金属态的H1.75MoO3

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