[发明专利]一种可充放电铝离子熔盐电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于一种可充放电铝离子熔盐电池及其制备方法，可用于风能、太阳能、潮汐能等可再生清洁能源的能量储存与转换利用。

背景技术

近年来，随着煤炭、石油、天然气的不断减少及其使用带来的环境压力，开发并利用清洁可再生能源成为了当前研究的热点。其中电能因为其处于多种能源转换的核心阶段而成为了整个可再生清洁能源发展与利用的关键因素。然而，要实现这些电能的高效利用，则涉及到电能的储存问题。二次电池的可充放性是当前解决电能储存最有效也是最有希望的方式。当前，二次电池仍然以锂离子电池为主，锂离子电池因为其较高的能量密度及高电压平台而广泛应用于手机、电脑等电子产品以及其他便携式电子产品上。但受全球锂储量的影响，要将锂离子电池大规模应用于风能、太阳能以及潮汐能等绿色环保能源的能量转换与储存几乎是不能可能完成的任务。另外，锂离子电池因负极枝状晶的生成所存在的安全隐患使得人们一直在寻求新的电池体系。近来，高温熔盐二次电池进入了人们的视线。相对于常温离子电池，高温熔融盐二次电池离子迁移率快，电极极化小、有利于能量的高效率储存与转换。本发明采用原料广泛且成本低廉的石墨和金属铝作为电池正、负极，采用含铝离子的熔融卤化物为电解质，可有效并大规模应用于多种可再生清洁能源的储存于利用。

发明内容

本发明提供一种可用于风能、太阳能、潮汐能等可再生清洁能源的能量储存与转换利用的熔盐电池，突出的充放电比容量，优异的循环性能、能量转换效率以及较好的安全性、清洁性使得其可大规模应用于多种绿色清洁能源的高效率储存与转换。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提出的可充放电铝离子熔盐电池，其工作原理与已有的锂离子电池、钠离子电池以及常温铝离子电池的工作原理有相似之处。

一种可充放电铝离子熔盐电池，其特征在于包含正极、负极和含有铝离子的熔融卤化物混合盐电解质及电解池装置，其中正极石墨，负极为固态、液态金属铝或其合金，电解质为含有铝离子的熔融卤化物体系。

所述熔融卤化物体系由碱金属、碱土金属氯化物、氟化物、溴化物以及碘化物中的一种或一种以上按一定比例混合而成的温度在25-1000℃之间的熔融卤化物体系。

所述铝离子由以下包含但不仅限于此的含铝卤化物、铝酸盐提供，具体如：AlF₃、AlCl₃、AlBr₃、AlI₃、或Na₃AlF₆等。

所述正极石墨质材料含量大于10％的碳材料，优选石墨质材料含量为50％～100％。

所述正极或固态负极形状为片状、长方体状、立方体状，圆筒状块体或其它具有至少一个平面的不规则块体。

所述负极为固态、液态金属铝或固态、液态的铝与金属铜、铁、镍、铅、铋、锡、银等形成的二元或多元合金。

所述可充放电铝离子熔盐电池具体制备步骤：

1)将石墨块体与正极耐高温导电杆采用螺纹、夹具、钩挂、镶嵌或耐高温金属丝捆绑等方式连接作为正极；

2)液态铝或铝合金做负极时，采用侧壁绝缘，底部导通的电解池作为本发明可充放电铝离子熔盐电池的反应容器；

3)当液态铝或铝合金做负极时，取一定量的金属铝或铝合金置于上述可底部导电的反应容器，并加热至熔融，随后冷却于反应容器底部作为负极。当固态铝或铝合金做负极时，将固态铝或铝合金采用螺纹、夹具、钩挂、镶嵌或耐高温金属丝捆绑等方式与负极导电杆连接作为负极；

4)配制含有可自由移动的铝离子熔融卤化物电解质体系；

5)准备好正极、负极以及含有铝离子的熔融卤化物电解质体系后，组装电池，随后加热至工作温度(此时电解质呈液态)；

6)上述电解池达到工作温度后，将正极石墨块体浸入含有铝离子的熔融卤化物电解质中。同时保证正极耐高温导电杆未浸入电解质以及正负极未发生短接。

上述可充放电铝离子熔盐电池制备方法步骤(1)、(3)中，所述正极、负极耐高温导电杆为铁、钼、钛、镍、铜、铝、锆、铪金属或合金制成。

上述可充放电铝离子熔盐电池制备方法步骤(2)中，所述负极为液态铝或铝合金时，采用侧壁绝缘，底部导电的电解池作为反应容器；负极为固态铝或铝合金时，反应容器的导电性无要求。