[发明专利]一种基于四电子转换反应的水系锌碘电池及其电解液

说明书

本发明属于锌碘电池技术领域，具体提供了一种四电子转化的碘基电化学反应水系锌碘电池，此外，还公开了一种可实现所述四电子转化的电解液，其为含有Zn²⁺、I⁺稳定剂的水系溶液；Zn²⁺、I⁺稳定剂的总摩尔浓度不低于5M；此外，所述的电解液还选择性包含有机溶剂。本发明基于所述的全新的转化机制，可以突破现有锌碘电池性能瓶颈，有效改善电化学性能。

技术领域

本发明属于储能器件领域具体涉及一种四电子转换反应的水系锌碘电池及其电解液的制备方法。

背景技术

现阶段的储能体系中，有机系电解液(锂/钠/钾离子电池等)具有足够宽的电化学窗口，从而理论上能够达到较高的能量密度。其中，锂离子电池(LIBs)因其能量密度高和循环寿命长的优势，自1990年问世以来已经大规模应用于消费电子产品和新能源汽车。然而，锂离子电池高能量密度的关键—正极三元材料的成本居高不下，以及负极锂的储量和开采限制，加上电解液存在传统有机溶剂固有的毒性，可燃性等问题，迫使人们继续寻找性能，安全和成本兼顾的新型储能系统。与之对应的水系电化学体系，其具有高安全性和低成本的优势，虽然其电化学窗口只有1.23V，但离子电导率相较于有机体系更大，从而拥有更大的功率密度，故而在大规模储能领域具有更强的竞争力。目前的二次水系电池依据嵌入离子分类的话，主要有水系锂离子电池(其他一价阳离子：Na⁺,K⁺,H⁺,NH4⁺)以及水系锌离子电池。其中碱金属水系电池现阶段存在着诸多问题，如充放电伴随着严重副反应，电极材料易水解，电化学稳定窗口较窄等，这些缺陷限制了水系电池进一步发展。而锌具备较高的析氢过电位，是能够在水系溶液中稳定存在的电极电位最低的金属(0.76Vvs.SHE)。此外，正极高价离子的嵌入使得电池能量进一步提升，加上金属锌在地壳中储量丰富(18000万吨)，开采成本低。综上所述，高功率，高安全性以及低成本的水系锌离子电池是未来理想的储能体系。但是目前主流的水系锌离子电池正极主要基于Zn²⁺在层状结构材料的嵌入/脱出，这类嵌锌材料面临充放电过程中结构破坏、离子嵌入/脱出困难、制备工艺复杂等问题，限制了锌离子电池的进一步发展。