[发明专利]水系铝离子电池与用电装置

说明书

本发明涉及电池领域，公开一种水系铝离子电池与用电装置。该水系铝离子电池，包括正极极片、负极极片以及介于所述正极极片与所述负极极片之间的隔膜和电解液；所述电解液包括电解质和水，所述电解质选自可溶性铝盐；所述正极极片中的正极活性物质为普鲁士白；所述负极极片中的负极活性物质为能够存储铝离子的蒽醌类有机材料。利用该水系铝离子电池能够改善目前的水系铝离子电池制备工艺复杂，且电池倍率性能不佳的问题。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，特别涉及一种水系铝离子电池与用电装置。

背景技术

能源与环境是21世纪人类面临的两大问题。发展清洁可再生新能源既可缓解能源危机又能保护环境，是一项双赢的战略。然而，诸如太阳能、风能、地热能、潮汐能等绿色新能源存在随机性、间歇性、波动性和分散性等特点，使得新能源产生的电能大规模并网面临巨大挑战，因此研究开发大规模储能技术对于实现新能源普及应用具有重大意义。

其中电化学储能技术通过正负极活性物质的氧化还原反应来储存和释放电能，具有不受地理环境的限制、效率高、投资少、随充随放等突出特点。目前全球已投运的电化学储能项目中，锂离子电池的装机量占有绝对的优势。但是锂离子电池因其使用有毒的可燃性有机物作为电解液，存在污染、燃烧爆炸等安全隐患；而且锂资源的储量有限，正极钴元素和有机电解液价格高，导致电池成本偏高；此外有机物电解液存在离子传导速率不高(1-10mS cm^-1)，电池功率低的缺点。

可充放电水系铝离子全电池是一种新型二次电池体系，采用地壳元素储量第三的铝作为能量传递介质，Al³⁺可以实现三个电子转移，此外还可使用安全、环保、廉价、高离子传导率(1S cm^-1)的水作为电解液，因而在大规模储能领域中具有良好的应用前景。然而，目前关于水系铝离子全电池体系的研究发展缓慢，主要原因有：1)现有用金属铝作为负极材料的水系铝离子电池，由于铝的沉积电位为-1.66V vs.SHE(标准氢电极)，远超出了水的分解电位，将导致严重的析氢反应，因此金属铝很难直接作为水系铝离子全电池负极材料；2)目前研究能储铝的电极材料有氧化钛、五氧化二钒、氧化钼、普鲁士蓝等，但它们都不能被氧化，因此很难直接组装成Rocking-chair型的全电池，通常需要预先嵌铝的处理，而这一过程繁琐，不适合大规模推广；3)由于铝离子具有高的电荷半径比，因此在固相活性材料中会受到宿主材料强库伦作用力，导致铝离子扩散动力学受限，电池倍率性能不佳。因此，上述问题严重制约了铝离子电池的发展。

发明内容

本发明公开了一种水系铝离子电池与用电装置，用于改善目前的水系铝离子电池制备工艺复杂，且电池倍率性能不佳的问题。

为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种水系铝离子电池，包括正极极片、负极极片以及介于所述正极极片与所述负极极片之间的隔膜和电解液；

所述电解液包括电解质和水，所述电解质选自可溶性铝盐；

所述正极极片中的正极活性物质为普鲁士白；

所述负极极片中的负极活性物质为能够存储铝离子的蒽醌类有机材料。

进一步地，所述电解液的存在状态为液态或凝胶态。

进一步地，所述可溶性铝盐包括硫酸铝、三氟甲烷磺酸铝、氯化铝、高氯酸铝、乙酸铝或硝酸铝中的至少一种。

进一步地，所述电解液的浓度为0.5-2mol/L。

进一步地，所述普鲁士白为A_xM_yFe(CN)₆.zH₂O；

其中，Fe为二价，A选自Li、Na或K中的至少一种，M选自Cu、Co、Ni、Fe、Zn或Mn中的至少一种；x取值为1～2之间，y取值在1～1.5之间，z值为大于等于零的数。