[发明专利]一种抑制水系电池析氢反应的电解液添加剂

说明书

本发明公开了一种抑制水系电池析氢反应的电解液添加剂，属于电池技术领域。所述添加剂为含氢键受体的有机溶剂。将该添加剂加入水系电池电解液中，能够显著抑制电解液的析氢反应电位，减少水系电池析氢反应的发生，提升电池的库伦效率。本发明适于工业化生产，在大规模储能领域具有潜在应用前景。

技术领域

本发明涉及水系电池技术领域，具体涉及一种抑制水系电池析氢反应的电解液添加剂。

背景技术

大规模储能是人们有效利用风能、太阳能等可再生能源，构建全球能源互联网的技术基础，储能技术和产业受到各国的高度重视。各种新型电化学储能技术的研究开发发展迅速，主要有二次电池、电化学超级电容器和燃料电池等。电化学储能体系按其电解液分为有机体系和水系，即采用的电解液溶剂为有机溶剂和水。采用有机体系的化学电源因有机溶剂的使用存在安全问题，且成本较高，对环境的污染也较大。而水系化学电源可以很好地弥补这些缺点。

水系电池具有安全环保，资源丰富，成本低廉等优点，近年来受到了科研工作者的广泛关注。然而，水系电池的发展还有很多不足，一个常见的问题是水的电化学窗口窄(1.23V)，在放电过程中伴随着析氢反应的发生，大部分电子被氢析出消耗，明显降低了水系电池的库伦效率。因此，抑制水系电池析氢反应的发生对水系电池的实际应用至关重要，同时对于清洁能源的高效利用和新型能源社会的构建具有重大意义。

发明内容

本发明目的是解决现有研究的水系电池体系析氢的问题，提供了一种电解液添加剂，使水系电解液的析氢电位降低，且电池在较低的电位下仍具有很好的电化学性能。

本发明的技术方案

一种抑制水系电池析氢反应的电解液添加剂，为含氢键受体的有机溶剂。所述含氢键受体的有机溶剂中含酰胺基、羟基、羰基或亚砜基，有机溶剂具体为甲酰胺、乙二醇、丙三醇、丙酮、二甲基亚砜、二乙基亚砜或二丙基亚砜中的一种或几种。

一种抑制水系电池析氢反应的电解液，包括：溶剂水、电解质盐和以上所述的任一电解液添加剂；

所述电解液添加剂占总溶剂(溶剂水和添加剂)的摩尔分数为0.1-0.5。

所述电解液中的电解质盐包括锂盐、钠盐、钾盐或锌盐中的一种或几种；其中，锂盐为Li₂SO₄、LiClO₄、LiCl或LiCF₃SO₃等，钠盐为NaClO₄、NaNO₃、NaCl、Na₂SO₄或NaCF₃SO₃等，钾盐为KNO₃、K₂SO₄或KCl等，锌盐为Zn(CF₃SO₃)₂、ZnSO₄或Zn(CH₃COO)₂等。电解质盐的浓度为0.5～2mol/kg。

本发明的优点和有益效果：

本发明通过添加可以和水分子间形成氢键的添加剂，使电解液的析氢电位降低。使得水系电解液在超低电位下(-1.6V vsAg/AgCl)仍未析氢，从而保证电池的充放电循环正常进行，大幅提高电池的电化学性能。本发明的水系电解液具有低的析氢电位，且方案简单易行。

附图说明

图1是实施例1中水系钠离子电解液的析氢窗口图；

图2是实施例2中水系锂离子电解液的析氢窗口图；

图3是实施例3中水系钾离子电解液的析氢窗口图；

图4是实施例4中水系钠离子电池电极的循环伏安图；

图5是实施例5中锌的沉积/剥离效率图。