[发明专利]一种金属-二氧化碳电池

说明书

本发明公开了一种金属‑二氧化碳电池，包括正极、负极、有机电解液和隔膜，所述正极为具有分级结构的IrO₂/MnO₂复合电极，包括基体上直接生长的片状MnO₂，所述片状MnO₂表面还覆盖有带状MnO₂，还包括纳米IrO₂颗粒，所述纳米IrO₂颗粒均匀负载于片状MnO₂和带状MnO₂表面；所述的负极选自经表面保护处理的碱金属电极。本发明公开了一种金属‑二氧化碳电池，以具有分级结构的IrO₂/MnO₂复合电极为正极，以经表面保护处理的碱金属电极为负极，利用温室气体二氧化碳产生电能，组装得到的金属‑二氧化碳电池显示出低的极化、高的容量和长的循环寿命。

技术领域

本发明涉及新型储能电池的技术领域，具体涉及一种金属-二氧化碳电池。

背景技术

金属–空气电池是一种以碱金属如(Li、Na、K)为负极，负载有催化剂的集电极为正极，使用空气为反应活性成分及有机电解液为反应媒介的新型储能装置。所指的空气广义上包含氧气及二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等温室气体或造成空气污染的气体。

在上述气体中，二氧化碳作为温室气体，其大量的排放对环境造成了很大压力。如果能够直接使用空气中的二氧化碳来发电，具有十分重要的意义，金属–二氧化碳电池正是一种可将二氧化碳用来发电的装置。对于有机系电池而言，其工作原理一般认为是放电时碱金属和二氧化碳发生反应，生成碱金属的碳酸盐和无定性碳，充电时碳酸盐和无定性碳分解又重新形成二氧化碳和碱金属。例如，对于锂–二氧化碳电池，放电时锂和二氧化碳反应生成碳酸锂和无定形碳，充电时碳酸锂和无定性碳分解又重新形成二氧化碳和锂。但目前该电池面临不少挑战，原因之一是碱金属的碳酸盐的导电率极低，其沉积会导致电极的钝化，而且分解过电位较高，导致电池的极化较高、容量较低、循环寿命不理想。另外，碱金属负极较活泼，会和空气中的水分发生反应，导致电池寿命的降低。

发明内容

本发明公开了一种金属-二氧化碳电池，以具有分级结构的IrO₂/MnO₂复合电极为正极，以经表面保护处理的碱金属电极为负极，利用温室气体二氧化碳产生电能，组装得到的金属-二氧化碳电池显示出低的极化、高的容量和长的循环寿命。

本发明中，提高金属–二氧化碳电池的性能从两方面着手，一是开发高性能的催化剂，提高反应动力学从而提高循环寿命；二是对碱金属负极进行有效的疏水保护，提高负极的使用寿命。

具体技术方案如下：

一种金属-二氧化碳电池，包括正极、负极、有机电解液和隔膜，所述正极为具有分级结构的IrO₂/MnO₂复合电极，包括基体上直接生长的片状MnO₂，所述片状MnO₂表面还覆盖有带状MnO₂，还包括纳米IrO₂颗粒，所述纳米IrO₂颗粒均匀负载于片状MnO₂和带状MnO₂表面；

所述的负极选自经表面保护处理的碱金属电极。

所述具有分级结构的IrO₂/MnO₂复合电极的制备方法如下：

1)将基体进行预处理以提高基体表面亲水性；

2)配制KMnO₄水溶液，将步骤1)预处理后的基体浸入所述KMnO₄水溶液中，经水热反应及后处理得到基体负载的含锰前驱体；