[发明专利]一种宽分解电压的水溶液电解质

说明书

本发明属于水溶液电池技术领域，公开了一种具有宽分解电压的水溶液电解质，该水溶液电解质中钠离子的浓度不低于5mol/L，其分解电压高于1.23V。本发明通过对控制该水溶液电解质中的钠离子浓度，使该电解质含有高浓度的钠离子，能够同时拓宽水溶液电解质的分解电压，并降低电极材料在该水溶液中的溶解度，该电解质尤其可用作于水系锌基电池，从而最终提高水系电池能量密度和循环性能。

技术领域

本发明属于水溶液电池技术领域，更具体地，涉及一种具有宽分解电压的水溶液电解质。

背景技术

可充电水系电池使用廉价、不可燃、绿色环保的水溶液为电解质，在大规模储能领域较非水系电池具有显著的成本和安全优势。然而，受限于水较低的分解电压(理论分解电压1.23V)，水系电池的能量密度和循环性能远不尽人如意。因此，拓宽水溶液电解质的分解电压，降低电极材料在水溶液中的溶解度，是提高水系电池能量密度和循环性能的关键。目前所报道的水溶液电解质，基本无法兼顾拓宽电解质的分解电压和提高电极在电解质中稳定性。常见的方法，如调节水溶液的pH值，可以实现降低电极材料在水溶液中的溶解性，但是无法拓宽水溶液的分解电压；在电解质中添加一定的表面活性剂，在一定程度上可以提高析氢或析氧的过电位，但是无法降低电极材料在水溶液中的溶解性。因此开发高性能的水溶液电解质是目前水系电池面临的一项严峻的挑战。

发明内容

针对现有技术在拓宽电解质分解电压或提高电极在水溶液中稳定性方面存在的问题，本发明的目的在于提供一种宽分解电压的水溶液电解质，其中通过对控制该水溶液电解质中的钠离子浓度，使该电解质含有高浓度的钠离子，能够同时拓宽水溶液电解质的分解电压，并降低电极材料在该水溶液中的溶解度，该电解质尤其可用作于水系锌基电池，从而最终提高水系电池能量密度和循环性能，并且还具有制备简单、稳定性高、成本低廉、绿色环保、安全无害的特点。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种宽分解电压的水溶液电解质，其特征在于，该水溶液电解质中钠离子的浓度不低于5mol/L，其分解电压高于1.23V。

作为本发明的进一步优选，所述水溶液电解质中钠离子的浓度优选为5mol/L-25mol/L。

作为本发明的进一步优选，所述水溶液电解质中的钠离子来自钠盐，所述钠盐优选为高氯酸钠、硫酸钠、硝酸钠、三氟甲基磺酸钠、双氟磺酰亚胺钠中的一种或几种。

作为本发明的进一步优选，所述水溶液电解质中还包含锌离子，所述锌离子在该水溶液电解质中的浓度优选为0-4mol/L。

作为本发明的进一步优选，所述水溶液电解质中的锌离子来自锌盐，所述锌盐优选为三氟甲基磺酸锌、高氯酸锌、硫酸锌、乙酸锌、硝酸锌中的一种或几种。

按照本发明的另一方面，本发明提供了一种水系锌基电池，其特征在于，该水系锌基电池所采用的电解液为上述宽分解电压的水溶液电解质。

通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，由于电解液总具有高浓度的钠盐(钠离子浓度不低于5mol/L，例如可以为5mol/L-25mol/L)，能够和自由水分子杂化，降低自由水分子的活性，提高析氢和析氧过电位，从而扩宽水溶液的分解电压(分解电压要高于纯水的理论分解电压1.23V，例如可高达2.5V)。本发明中宽分解电压的水溶液电解质同时能够降低电极材料在其中的溶解性，该电解质具有较低的自由水分子活性，有利于降低电极材料在其中的溶解性，并提高材料的电化学性能。