[发明专利]一种高能量密度水溶液充放电电池

权利要求书

1.一种水溶液充放电电池，由隔膜、负极、正极和电解质组成，其特征在于：

(1) 所述隔膜为固体，且碱金属离子能够可逆通过该隔膜； 

(2) 所述负极含有碱金属，或含有碱金属组之间的合金，或含有碱金属与其它金属组成的合金；

(3) 所述正极为含溴或溴化物的水溶液；

(4) 所述电解质分为负极侧的电解质和正极侧的电解质；负极侧的电解质为有机电解液、聚合物电解质或离子液体电解质，或它们的混合物；正极侧的电解质为含碱金属盐的水溶液或水凝胶。

2.根据权利要求1所述的水溶液充放电电池，其特征在于：所述的隔膜为含碱金属无机氧化物、含碱金属硫化物或含碱金属盐的全固态聚合物电解质，或者为它们之间的混合物；其中所述的含碱金属无机氧化物为MTi₂(PO₄)₃、M₄Ge_0.5V_0.5O₄、M₄SiO₄、MZr(PO₄)₂、MB₂(PO₄)₃、M₂O-P₂O₅-B₂O₃组成的三元体系或这些氧化物的掺杂物；所述含碱金属硫化物为M₂S–GeS₂-SiS₂、M₃PO₄–GeS₂-SiS₂组成的三元体系或这些硫化物的掺杂物；所述含碱金属盐的全固态聚合物电解质为含碱金属盐的聚氧化乙烯、含碱金属盐的聚偏氟乙烯或含碱金属盐的硅氧烷单离子聚合物电解质，或部分或全部氟取代的含碱金属盐烯烃类单离子聚合物电解质；其中，M为Li、Na、K、Rb或Cs。

3.根据权利要求1所述的水溶液充放电电池，其特征在于：所述负极中，所述的碱金属为Li、Na、Rb和Cs；所述的其它金属为Mg、Al、B、Si、Ga、In、Sn或Pb。

4.根据权利要求1所述的水溶液充放电电池，其特征在于：所述负极侧的电解质中，所述的有机电解液为在有机溶剂中溶解有锂盐的溶液，其中所述锂盐为MClO₄、MBF₄、MPF₆、MBOB或MTFSI，所述有机溶剂为乙腈、四氢呋喃、乙烯碳酸酯、丙烯碳酸酯、二乙基碳酸酯、二甲基碳酸酯或二甲基亚砜中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的水溶液充放电电池，其特征在于：所述负极侧的电解质中，所述的聚合物的电解质为全固态的聚合物电解质或凝胶聚合物电解质，所述的全固态聚合物电解质为含碱金属盐的聚氧化乙烯、含碱金属盐的聚偏氟乙烯或含碱金属盐的硅氧烷单离子聚合物电解质，或者为部分或全部氟取代的含碱金属盐烯烃类单离子聚合物电解质，或者为它们的混合物；所述的凝胶聚合物电解质为含有上述有机电解液的聚氧化烯烃、丙烯腈的聚合物或共聚物、丙烯酸酯的聚合物或共聚物、含氟烯烃的单聚物或共聚物。

6.根据权利要求1所述的水溶液充放电电池，其特征在于：所述负极侧的电解质中，所述的离子液体含有BF₄^-或CF₃SO₃^-类阴离子或含咪唑类、吡啶类、硫鎓类阳离子。

7.根据权利要求书1所述的水溶液充放电电池，其特征在于：所述的正极材料中，溴的比例为1 wt.%-99 wt.%。

8.根据权利要求1所述的水溶液充放电电池，其特征在于：所述正极侧的电解质中，所述的含碱金属盐的水溶液或水凝胶为溶解有无机碱金属盐或有机碱金属盐的水溶液或水凝胶；所述的无机碱金属盐为碱金属的卤化物、硫化物、硫酸盐、硝酸盐或碳酸盐；所述的有机碱金属盐为碱金属的羧酸盐或碱金属的磺酸盐。

9.根据权利要求1~8任意一项所述的水溶液充放电电池在电力的储存和释放方面的应用。