[发明专利]金属离子诱导的水系锌锰二次电池

说明书

本发明公开了一种金属离子诱导的水系锌锰二次电池，包括正极集流体、负极和电解液，其中，电解液包括水、锰盐、钴盐、镍盐、锌盐和酸。

技术领域

本发明涉及二次电池技术领域，具体涉及一种金属离子诱导的水系锌锰二次电池。

背景技术

由于传统的不可再生的化石燃料的燃烧和消耗所导致的严重的能源危机和环境污染问题，合理开发和利用新型的清洁的可再生能源十分的重要。而清洁能源因其具有随机性和间接性难以直接并入电网，因此优化能源管理和开发大规模储能技术迫在眉睫。大规模储能技术作为一种适用于电网规模的储能技术被认为是支持可再生能源普及的战略技术，有望在电力系统发展和能源改革中发挥重要作用。

在各种储能设备中，水系可充电MnO₂-Zn电池因其具有高能量密度、低成本、高安全性和环境友好性而备受关注并有望应用于大规模储能领域。一方面，廉价的Zn负极具有一系列优异的电化学性能，例如低的电化学还原电位(-0.763V,vs SHE)、高的理论比容量(820mAh g^-1)和可逆的Zn/Zn²⁺的沉积/溶解反应等。另一方面，MnO₂作为Mn基正极材料的代表，由于其低成本、高容量和对Zn²⁺的可逆嵌入/剥离反应，可用于组装具有高能量密度的水系电池的理想正极。然而，MnO₂-Zn电池的发展仍然受到一些问题的阻碍，如能量密度低、MnO₂导电性差、固态电荷储存反应慢、电化学极化引起的过电势大以及离子嵌入和相变过程引起的电压曲线的倾斜等等。

但是，正极容量低、反应动力学迟缓仍然阻碍着MnO₂-Zn电池的实际应用和发展，特别是严重制约了其在大规模储能中的应用。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种金属离子诱导的水系锌锰二次电池，以期至少部分地解决上述技术问题。

作为本发明的一个方面，本发明提供了一种金属离子诱导的水系锌锰二次电池，包括正极集流体、负极和电解液，其中，电解液包括水、锰盐、钴盐、镍盐、锌盐和酸。

根据本发明实施例，锰盐的阴离子、钴盐的阴离子、镍盐的阴离子、锌盐的阴离子与酸的酸根离子相同。

根据本发明实施例，锰盐包括硫酸锰、氯化锰、醋酸锰中的一种或多种；钴盐包括硫酸钴、氯化钴、硝酸钴、醋酸钴中的一种或多种；镍盐包括硫酸镍、氯化镍、硝酸镍、醋酸镍中的一种或多种；锌盐包括硫酸锌、氯化锌、溴化锌、碘化锌中的一种或多种。

根据本发明实施例，酸包括硫酸、盐酸、醋酸、磷酸中的一种或多种。

根据本发明实施例，正极集流体包括碳毡、石墨毡、碳布、碳纸、碳纳米管纸、石墨烯膜、碳纳米管膜、介孔碳膜、导电活性碳膜、石墨烯网、导电石墨网、导电石墨板中的一种或多种。

根据本发明实施例，正极集流体还包括活性炭、石墨烯、碳纳米管、聚苯胺、介孔碳、二氧化锰、聚吡咯、氧化锰及四氧化三锰中的一种或多种修饰的碳毡、石墨毡、碳布、碳纸、碳纳米管纸、石墨烯膜、碳纳米管膜、介孔碳膜、导电活性碳膜、石墨烯网、导电石墨网、导电石墨板中的一种或多种。

根据本发明实施例，负极包括锌箔、锌片、锌板中的一种或多种。

根据本发明实施例，电解液浓度包括0.1～1g/mL。

根据本发明实施例，电解液中的阳离子包括二价锰离子、二价钴离子、二价镍离子、氢离子和锌离子，其中，二价锰离子、锌离子的离子浓度均包括10^-2～10mol/L；氢离子的离子浓度包括10^-5～10mol/L；二价钴离子、二价镍离子的离子浓度均包括10^-3～10^-1mol/L。