[发明专利]一种高容量钾-氧气电池

说明书

一种高容量钾‑氧气电池，以金属钾为负极，顺序叠加用来隔离负极和氧气正极的隔膜、氧气正极和泡沫镍弹片，在正极和负极之间充满电解液。所述氧气正极包括气体扩散层和导电材料涂层，并使用氧气作为正极活性物质，所述导电材料涂层涂覆在气体扩散层的表面。本发明的钾‑氧气电池的放电比容量最高可达2505mAh/g，充放电过电位很小(电流密度为0.1mA/m²时，仅为50mV)，无需使用催化剂减小过电位。本发明填补了钾‑氧气电池技术领域的空白，扩展了空气电池的研究领域，整体电化学性能优良，有更好的实用价值。

技术领域

本发明涉及电池制备技术领域，具体涉及一种高容量钾-氧气电池。

技术背景

随着科技的不断进步和各种用电设备的日益发展，二次电池已经逐渐不能满足用电设备对动力源不断提高的性能要求，尤其是在比能量和能量效率等方面。金属-空气电池正极采用空气中的氧气，由外界空气供给，无需携带，用之不竭；负极采用具有较高电化学当量的金属单质，具有优良的比能量特性，无需维护，成为目前备受关注的能量转换体系。

其中，Li-O₂电池由于具有很高的理论能量密度(3505Wh/kg)引起了研究人员的广泛关注，其反应原理为：在放电过程中，负极金属锂失去电子形成Li⁺，正极氧气被还原成O₂^—，与电解液中的Li⁺结合形成LiO₂，LiO₂不稳定随后分解为Li₂O₂和O₂；充电时，Li₂O₂直接分解为Li和O₂。由于反应机理的不对称和放电产物Li₂O₂的电导率低，使锂-氧气电池过电位很大(放电过电位大约为0.3V，充电过电位在1～1.5V)，限制了电池容量和能量效率(60％)。目前Li-O₂电池的研究重点在于使用催化剂降低电池过电位，但催化剂在一定程度上会催化副反应，促进电解液的分解，导致反应终止。另外，电解液和碳电极在高的充电电位(3.5V)下容易分解，限制了电池循环寿命。

因此，寻找一种低过电位而且放电产物导电性好的金属-空气电池是非常有必要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种高容量钾-氧气电池，容量最高可达2505mAh/g，而且比现有锂-氧气电池具有更小过电位和更高的能量效率。

本发明采取的技术方案是：

一种高容量钾-氧气电池，以金属钾为负极，顺序叠加用来隔离负极和氧气正极的隔膜、氧气正极和泡沫镍弹片，在正极和负极之间充满电解液。

进一步的，所述隔膜为玻璃纤维隔膜或者是玻璃纤维隔膜与Nafion-K⁺膜的组合膜。

进一步的，所述氧气正极包括气体扩散层和导电材料涂层，并使用氧气作为正极活性物质，所述导电材料涂层涂覆在气体扩散层的表面。

进一步的，所述气体扩散层选自碳纸、碳布、泡沫镍之中的一种。

进一步的，所述导电材料涂层选自Super P、多孔碳材料、氮掺杂多孔碳材料、Co₃O₄之中的一种或几种。