[发明专利]用于水性电解质能量储存的复合阳极结构和含有所述结构的装置

权利要求书

1.一种适用于水性电解质能量储存装置的阳极电极，所述阳极电极包含NASICON材料和电化学双层电容和/或赝电容材料的固体混合物，所述NASICON材料能够可逆地插入和提取碱金属离子，所述电化学双层电容和/或赝电容材料包含具有大于0.001欧姆-厘米的电阻率的活性碳，其中所述NASICON材料式是AB2±δ1(PO4)3±δ2，其中A包含至少5原子百分比的Na，B包含至少50原子百分比的Ti，P是至少80原子百分比的磷，O是氧，并且δ1和δ2各自独立地在0与0.05之间的范围内变化。

2.根据权利要求1所述的电极，其中所述NASICON材料是NaxLi(1-x)Ti2(PO4)3，其中0.05≤x≤1并且所述活性碳具有在400m2/g与1500m2/g之间的表面积。

3.根据权利要求2所述的电极，其中所述阳极电极包含NaTi2(PO4)3NASICON材料与所述活性碳的混合物，所述混合物的NaTi2(PO4)3:活性碳质量比在0.5:9到9.5:0.5范围内。

4.根据权利要求1所述的电极，其中所述阳极电极在具有碱金属离子作为功能性离子的水性电解质中具有至少50mAh/g的比容量。

5.根据权利要求1所述的电极，其中所述阳极电极具有至少500次循环的物理和电化学稳定性，其中电荷状态摆动是至少75％，而不显示能量储存功能的任何损失。

6.一种能量储存装置，其包含：

并联或串联式电性连接的多个电化学能量储存电池，其中各电池包含：

根据权利要求1所述的阳极电极；

阴极电极；

隔膜；以及

水性电解质，

其中所述阳极电极的电荷储存容量低于所述阴极电极的电荷储存容量；

其中当所述装置充电时超出留在所述阳极电极中的离子插入材料的电荷储存容量时，在所述多个电池中的至少一者的阳极电极处所述电解质中的水局部电解形成氢和OH-物质；以及

其中来自所述电解质的碱金属阳离子物质插入所述NASICON材料并且从所述NASICON材料中提取，不管留在所述NASICON材料中的是哪种碱金属物质。

7.根据权利要求6所述的装置，其中：

所述装置包含混合能量储存装置；

在操作中所述阴极电极可逆地插入和提取碱金属阳离子；以及

所述阳极电极以电容和/或赝电容方式储存所述氢物质并且通过离子插入与电容储存和赝电容储存中的至少一者的组合储存所述金属阳离子。