[发明专利]一种基于酸性电解液的有机/水混合系钠空气电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于酸性电解液的有机/水混合系钠空气电池，属于电化学技术领域。

背景技术

随着汽车工业的快速发展，能源危机和空气污染已成为制约我国及全球经济可持续发展的重大问题，为提高汽车产业竞争力、保障能源安全和发展低碳经济，新能源汽车产业化已成为国际汽车产业界的战略共识和我国科技发展的重大战略需求，当前新能源汽车的动力和储能系统虽然以锂离子电池为主，但因存在初期购置成本高，充电时间长(3-4)小时，比能量密度低(150-200瓦时/公斤)，电动汽车的续航里程短，充电配备设施少，存在安全隐患等商业化瓶颈使其市场认可度较低。因此，开发适用于电动汽车的高能量密度电池体系摆在我国科研工作者面前的迫切任务。

金属-空气电池因具有比已商业化锂离子电池高3-10倍的能量密度而成为当今的研究热点，是在新能源汽车的电源体系中可以与石油相媲美并被寄予厚望的储能装置。其中，锂-空气电池因具有较高的能量密度受到大家的广泛关注，然而由于全球的金属锂资源储量有限，大规模应用必将带来成本问题。另外，锂-空气电池相对钠-空气电池有较高的过电位，导致较低的能量效率。钠-空气电池具有能量效率高（过电位较低）、循环性能好（超氧化钠的稳定性较好）、价格更便宜的优点（钠元素的储量丰富），极有潜力在电动汽车上应用。

钠-空气电池主要分有机体系和有机/水混合系钠–空气电池。而有机/水混合系钠–空气电池的开发是以碱性体系为主。这两种体系的钠-空气电池都存在一定的缺点和不足。首先，有机体系的钠-空电池最突出的问题是空气电极反应产物堵塞电极导致放电终止，而且有机体系的钠–空气电池还面临空气中的H₂O和CO₂等气体的影响，从而大大减小了有机系钠–空气电池的电化学性能。对于碱性电解液的有机/水混合系的钠空气电池，同样受空气中CO₂的限制生成碳酸盐等副产物，严重影响电池的性能。

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题，提供一种基于酸性电解液的有机/水系混合钠空气电池，可排除CO₂对电池的影响，大大提高了电池性能的同时具有比碱性钠-空气电池高的理论开路电位，理论容量和能量密度。

一种基于酸性电解液的有机/水混合系钠空气电池，从负极到正极依次包括负极金属钠、有机电解液、固体电解质、酸性电解液、空气正极；

所述负极金属钠的厚度为0.5~1mm，面积为0.785~3.14 cm²；

所述有机电解液为(0.1~1) mol/L NaClO₄/[(EC+DMC)(1:1)+ l vol% FEC]，其中有机电解液中水份的比例不大于6ppm；

所述EC为碳酸乙烯酯，DMC为碳酸二甲酯，FEC为氟代碳酸乙烯酯；

所述化学组成为Na₃Zr₂Si₂PO₁₂的NASICON结构快离子导体在温度25℃时的电导率为1.3×10^-3S/cm ~2.0×10^-3S/cm；所述β-Al₂O₃型的铝酸钠快离子导体在温度25℃时的电导率为1.0× 10^-3S/cm~1.67 × 10^-3 S/cm；

所述酸性电解液由酸溶液和无机钠盐组成；

进一步地，所述酸性电解液中酸的浓度为0.1~1 mol/L；

所述酸性电解液中酸溶液为HAC、H₃PO₄、H₂SO₄、HCl、HNO₃、HClO、HClO₄或C₆H₅OH的水溶液；

进一步地，所述酸性电解液中无机钠盐的浓度为0.1~1 mol/L；