[发明专利]一种添加二茂铁的钠空气电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电化学技术领域，具体涉及一种于钠空气电池（Na-air）电池及其制备方法。

背景技术

由于传统的能源利用方式造成资源短缺、环境污染、温室效应等一系列问题，使得人们迫切需要开发以传统能源为基础的新型燃料电池。金属空气电池以空气中的氧气作为正极活性物质，金属作为负极活性物质，氧气通过气体扩散电极到达气-固-液三相界面与金属反应而放出电能。若在空气中使用，电池的正极材料在理论上是无限的，因此使电池具有能量密度高、性能稳定的特点。此类空气电池充分利用空气中的氧气，价格便宜而且对环境无污染，因此备受人们关注。

与锂空气电池相比，钠空气电池放电过程中生成的NaO₂，电池极化小。而且地球上钠的储量丰富，所以钠空气电池有望成为新一代供电体系。但是，在实际实验研究中发现，在一般环境中钠空气电池放电产物为Na₂O₂,放电电位大概在2.33V，而充电电位很高。本发明通过向钠空气电池电解液中添加二茂铁1mM/L-500mM/L，可以降低电池极化并极大的延长电池寿命。

发明内容

本发明的目的是提供一种循环性能优良的钠空气电池及其制备方法。

本发明提供的钠空气电池，以碳材料为正极，钠块（Na）为负极，电解液为碳酸酯类或醚类电解液，其中添加有二茂铁（Fe(C₅H₅)₂）。本钠空气电池为管式电池，其结构如图1所示。

本发明提出的钠空气电池循环次数可达百次以上。经研究表明二茂铁（Fe(C₅H₅)₂）可以减小电池的极化并大幅度延长钠空气电池循环寿命，目前为止并没有关于二茂铁在钠空气电池中应用的报道。

本发明提供的二茂铁钠空气电池，其制备具体步骤为：

步骤1，正极制备：碳材料置于70℃-100℃下烘 24h-48h，然后分散在无水乙醇中，将碳材料复合到泡沫镍上，置于70℃-100℃下真空干燥24h-48h，得到碳材料与泡沫镍复合物，作为正极材料；

步骤2，电解液制备：电解质（高氯酸钠或六氟磷酸钠等）于90℃-120℃下真空干燥24h-48h，醚类或碳酸酯类用分子筛除水后配置0.1M/L -1M/L电解液，往电解液中添加二茂铁,二茂铁浓度范围为1mM/L-500mM/L；

步骤3，组装电池：将上述碳材料正极，与添加二茂铁的醚类或碳酸酯类电解液以及钠负极组装成管式电池。

本发明中，所述碳材料为碳纳米管、石墨烯或者氮化石墨烯等。

本发明中，所述电解质为高氯酸钠或六氟磷酸钠等。

本发明中，二茂铁直接添加到钠空气电池电解液中。电化学性能测试采用两电极组成的电池系统，其中，含碳材料用作空气电极，高纯钠块用作负极，电解液为醚类或碳酸酯类电解液。电池装配在充满干燥空气的手套箱内进行。电池的充放电实验在蓝电（Land）电池测试系统上进行。

本发明中，添加二茂铁后的钠空气电池具有良好的充放电性能。第一次充放电反应的放电平台出现在2.1V（相对于Na⁺/Na），充电平台在3.1-3.2V（相对于Na⁺/Na），而且在之后的各次充放电过程中，充放电平台变化很小，在放电容量1000mAh g^-1下可以进行百次以上循环，电池极化大幅度下降。上述性能表明，二茂铁是一类新型添加剂，可以应用于钠空气电池。

附图说明

图1为实施例1 钠空气电池管式结构示意图。

图2为实施例 0.05M 二茂铁条件下，钠空气电池以CNT/泡沫Ni为空气电极，1M NaClO₄/DME为电解液, 在放电容量为1000mAh g^-1下的充放电曲线。

图3为实施例 0.10M 二茂铁条件下，钠空气电池以CNT/泡沫Ni为空气电极，1M NaClO₄/DME为电解液, 在放电容量为1000mAh g^-1下的充放电曲线。

图4为实施例 0.50M 二茂铁条件下，钠空气电池以CNT/泡沫Ni为空气电极，1M NaClO₄/DME为电解液, 在放电容量为1000mAh g^-1下的充放电曲线。

具体实施方式