[发明专利]一种高效能的全固态钠-氧-水电池

说明书

本发明涉及一种高效能的全固态钠‑氧‑水电池。该电池包括纳米金属聚合物电极材料；该电极材料是将金属纳米颗粒、乙酸正丁酯、1‑甲氧基‑2‑丙醇乙酸酯和丙烯酸树脂混合反应，静置获得。本发明利用金属纳米颗粒和聚合物合成了阴极材料，组装了一种可充电的高性能全固态钠–氧–水电池，在中等湿度的环境下工作，电池可循环使用100次以上，过电位低，循环效率高。

技术领域

本发明属于金属空气电池领域，特别涉及一种高效能的全固态钠-氧-水电池。

背景技术

可充放电的钠–空气电池由于具有较高的理论能量密度、丰富的钠资源和较低的成本，在过去几年中受到了广泛关注。钠–空气电池的正常结构是金属钠阳极、非水/水钠电解质和多孔导电阴极。在放电过程中，O₂被还原并在阴极与Na⁺结合，形成填充多孔电极的放电产物(通常为Na₂O₂、NaO₂和一些其他钠化合物)。多孔电极不是活性材料，而是承载反应产物的导电稳定框架，更轻的电极材料提供更高的比能量。对于充电过程，必须彻底去除先前形成的放电产物，以防止电极的孔道被放电产物和不必要的副反应产物堵塞。

作为空气中不可忽略的成分，水分(H₂O)是钠–空气电池值得认真考虑的另一个重要因素。空气中H₂O的浓度一般用相对湿度(RH)来表示，相对湿度是由同一温度下实际水汽压与饱和水汽压之比来计算的。人们普遍认为，对于液体电解质来说，水非常容易与其发生反应，所以水对于钠–空气电池具有破坏性。

当前，在金属–氧气电池领域，电池的过电势高和充放电次数少一直是需要攻克的难点。在将金属–氧气电池向金属–空气电池转变的过程中，水汽对于液态电解质的影响又是不可忽略的。因此开发高性能、长寿命的金属-氧气电池具有重要意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高效能的全固态钠-氧-水电池，以克服现有技术中金属–氧气电池的过电势高、充放电次数少等缺陷，本发明利用金属纳米颗粒聚合物电极材料组装成全固态钠氧电池，大大提升电池的循环性能和能量利用效率。

本发明提供一种纳米金属聚合物电极材料，将金属纳米颗粒、乙酸正丁酯、1-甲氧基-2-丙醇乙酸酯和丙烯酸树脂混合反应，静置获得。

优选地，上述电极材料中，所述金属纳米颗粒包括纳米银颗粒、纳米铜颗粒中的一种或两种。

本发明还提供一种纳米金属聚合物电极材料的制备方法，包括：

将金属纳米颗粒、乙酸正丁酯、1-甲氧基-2-丙醇乙酸酯和丙烯酸树脂混合反应，静置，得到纳米金属聚合物电极材料，其中以金属纳米颗粒、乙酸正丁酯、1-甲氧基-2-丙醇乙酸酯和丙烯酸树脂总质量为基准，金属纳米颗粒质量分数为35％-65％，乙酸正丁酯质量分数为10％-30％，1-甲氧基-2-丙醇乙酸酯质量分数为10％-30％，丙烯酸树脂质量分数为5％-10％。

优选地，上述制备方法中，所述混合反应时间为1.5～3h。

优选地，上述制备方法中，所述静置时间为11～13h。

本发明还提供一种全固态钠-氧-水电池，包括纳米金属聚合物电极材料。

优选地，上述全固态钠-氧-水电池中，所述全固态钠-氧-水电池包括阳极、固态离子传输电解质和纳米金属聚合物电极材料，所述纳米金属聚合物电极材料为阴极。

更优选地，上述全固态钠-氧-水电池中，所述阳极为金属钠，用固态陶瓷电解质和环氧树脂胶(Locite)密封在不锈钢容器中。

更优选地，上述全固态钠-氧-水电池中，所述固态离子传输电解质为Na-β″-Al₂O₃。