[发明专利]能量储存装置及其制备的方法

说明书

一种能量储存装置，包含包括阳极以及阳极电解液的阳极反应室，所述阳极电解液包含碱金属盐电解质；包括阴极以及阴极电解液的阴极反应室，所述阴极电解液包含碱金属盐和至少一种有氧化还原活性的有机化合物；置于所述阳极和所述阴极之间的离子导电膜；其中所述阳极反应室连接至载有碱金属溶液的第一容器；而所述阴极反应室连接至载有阴极电解液的第二容器，所述第二容器具有进气口以注入气体。一种制备根据能量储存装置的方法，包括：i)在阳极和阴极之间设置离子导电膜；ii)将包括碱金属盐电解质的阳极电解液加入阳极反应室；和iii)将包括碱金属盐和至少一种有氧化还原活性的有机化合物的阴极电解液加入阴极反应室；以形成双电解质体系。

技术领域

本发明涉及一种能量储存装置，尤其是涉及一种金属-空气电化学电池。本发明进一步涉及一种制备该能量储存装置的方法。

背景技术

在各种电化学能量储存系统中，锂-空气电池的优点在于于其高的能量密度。然而，锂-空气电池同时具有巨大的过电位损耗、低的电池容量、低的循环和功率性能等问题。这些问题主要与反应产物-过氧化锂(Li₂O₂)的形成有关，过氧化锂是绝缘和不溶性的，因此在放电过程中容易覆盖并阻塞阴极，造成阴极的表面钝化，导致界面电荷转移缓慢。迄今为止，锂-空气电池的放电深度和能量效率，尤其是功率密度，还达不到实际要求。

现在研究者提出利用氧化还原液流锂-氧电池(RFLOB)的替代方法。在该电池中，氧气还原和氧气释放的反应发生在连接到电池阴极的气体扩散罐中，而电解质则在气体扩散罐和阴极之间循环流通。放电时，Li₂O₂在气体扩散罐中生成。因此，能够减少阴极的表面钝化和孔堵塞问题。但是，上述方法仍存在循环性能差的问题，尤其是源自于不稳定的锂阳极的问题仍然存在。

因此，仍需要一种改善的能量储存装置，尤其是锂-空气电池，来达到较理想的功率。另外，需要一种具有良好可充性能的能量储存装置和制备方法。

发明内容

本发明提供一种能量储存装置，包含：

包括阳极以及阳极电解液的阳极反应室，所述阳极电解液包含碱金属盐电解质；

包括阴极以及阴极电解液的阴极反应室，所述阴极电解液包含碱金属盐和至少一种有氧化还原活性的有机化合物；

置于所述阳极和所述阴极之间的离子导电膜；

其中所述阳极反应室连接至载有碱金属溶液的第一容器；而所述阴极反应室连接至载有阴极电解液的第二容器，所述第二容器具有进气口以注入气体。

在一个实施例中，所述阳极电解液还包括溶于醚类溶剂的碱金属和至少一种芳香类化合物。

在一个实施例中，所述碱金属选自锂、钠或钾。

在一个实施例中，所述有氧化还原活性的有机化合物选自乙基紫精二高氯酸盐、2,5-二叔丁基-1,4-苯醌或杜醌。

在一个实施例中，所述阴极电解液包括至少两种有氧化还原活性的有机化合物。

在一个实施例中，所述阴极电解液包括乙基紫精二高氯酸盐和杜醌，乙基紫精二高氯酸盐和杜醌的比例为1:10至10:1。

在一个实施例中，所述阳极的表面附有阳极活性物质，所述阳极活性物质包含一种或多种以下化合物：锂、钠、钾、硅、锗、锡、二氧化锗、二氧化锡、氧化铁、四氧化三锰、氧化镍、四氧化三钴、氧化锰、二氧化钛、硫化锡、二硫化亚铁、硫化锰、硫化钴、硫化镍、二硫化钼、钛酸锂(Li₄Ti₅O₁₂)和磷酸钛锂(LiTi₂(PO₄)₃)。

在一个实施例中，所述阳极进一步附有固体电解质膜。