[发明专利]一种水系锌溴电池

说明书

本发明公开了一种水系锌溴电池，其包括：正极，采用高比表面积碳材料修饰的碳、金属或非金属基体材料，用于进行零价溴与负一价溴的氧化还原反应，该电极可以为活性物质提供更多的位点，有益于提高电极反应的可逆性并实现高的负载量；负极，采用可与锌合金化的金属材料或亲锌的碳材料，用于进行正二价锌与零价锌的氧化还原反应，该电极材料可以降低锌的成核能垒并使表面电场均匀化，从而提高反应的可逆性并避免锌枝晶的形成；水系电解液，为含锌盐、溴盐、络合剂和锌枝晶抑制剂的水溶液，络合剂与溴单质结合在正极以固体形式存在可避免污染负极并提高电池稳定性，锌枝晶抑制剂可避免负极锌枝晶的形成从而提高电池的循环稳定性。

技术领域

本发明涉及电化学储能技术领域，尤其涉及一种水系Zn-Br₂电池。

背景技术

随着人类的发展和对能源需求的与日俱增，可再生能源的开发迫在眉睫。但是由于它们存在随机性和间歇性的特点，直接输送电网会对其造成破坏。可充电电池是一种十分高效的电化学储能装置，它可以结合电的引入可以有效地对电网调频从而弥补可再生能源间歇性和随机性的问题。

目前研究较为广泛的水系Zn-Br₂电池具有廉价、无污染、高安全性和高稳定性等特点，被视为下一代最具潜力的大规模储能技术。然而在传统的锌溴液流电池中，由于正极活性面积低、锌箔负极不稳定、正负极交叉污染及液流循环装置维护费用高等问题，导致了锌溴电池可逆性差、库伦效率低、循环不稳定等问题。

发明内容

针对上述技术问题，本发明设计了一种水系Zn-Br₂电池，用于改善电池可逆性差、交叉污染、库伦效率低及循环不稳定等技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

本发明提供了一种水系锌溴电池，其包括：

正极，用于进行零价溴与负一价溴的氧化还原反应(充电时使负一价溴转化为零价溴，放电时使零价溴转化为负一价溴)；

负极，用于进行正二价锌与零价锌的氧化还原反应(充电时使正二价锌转化为零价锌，放电时使零价锌转化为正二价锌)；

水系电解液，为含锌盐、溴盐、络合剂和锌枝晶抑制剂的水溶液。

进一步地，所述正极采用高比表面积碳材料修饰的碳基体材料或高比表面积碳材料修饰的金属或非金属基体材料。更进一步地：所述的高比表面积碳材料为科琴黑、活性碳、多壁碳管、纳米碳球、无定形碳和石墨烯中的至少一种；所述碳基体材料为石墨、石墨烯、碳布、碳纸、活性炭、碳微米纤维、碳纳米纤维、碳毡、石墨毡、碳球、碳纳米管、以及其杂原子处理改性物中的至少一种；所述金属或非金属基体材料为银、铜、钛、金、铂和玻碳电极中的至少一种。

进一步地，所述负极采用可与锌合金化的金属材料或亲锌的碳材料。更进一步地：所述可与锌合金化的金属材料为Mn、Sb、Mg、Fe、Cu、Cr、Cu、Ag和Au中的至少一种；所述亲锌的碳材料为石墨、石墨烯、碳布、碳纸、活性炭、碳微米纤维、碳纳米纤维、碳毡、石墨毡、碳球、碳纳米管、以及其杂原子处理改性物中的至少一种。

进一步地，所述络合剂用于络合零价溴使其以固体形式存在，防止正负极的交叉污染；所述络合剂为四甲基溴化铵(TMABr)、四乙基溴化铵(TEABr)、四丙基溴化铵(TPABr)、四丁基溴化铵(TLABr)、四甲基氯化铵(TMACl)、四乙基氯化铵(TEACl)、四丙基氯化铵(TPABr)和四丁基氯化铵(TLACl)中的至少一种。

进一步地，所述锌枝晶抑制剂用于络合锌元素使其在负极表面原位形成一层SEI膜；所述锌枝晶抑制剂为四甲基溴化铵(TMABr)、四乙基溴化铵(TEABr)、四丙基溴化铵(TPABr)、四丁基溴化铵(TLABr)、四甲基氯化铵(TMACl)、四乙基氯化铵(TEACl)、四丙基氯化铵(TPABr)和四丁基氯化铵(TLACl)中的至少一种。可选用相同材料同时作为络合剂和锌枝晶抑制剂，也可选用不同原料。