[发明专利]一种具有高单体电压的锌基熔盐电池

说明书

本发明公开了一种具有高单体电压的锌基熔盐电池，该电池由惰性电子导电集流体、含ZnO的高离子导电熔融电解质/隔膜层、兼容匹配的锌离子接受/供给正极层、主相为锌的金属负极层以及其他附属件组成，运行温度为230~360℃，单体电压高于2.8V。本发明提供的锌基熔盐电池单体电压高、倍率性能良好、无高活泼性金属、安全性高、环境适应性强、贮存时不存在任何自放电现象，为高温电池的设计与选择提供了新的参考。

技术领域

本发明属于高温化学电源技术开发领域，特别涉及一种具有高单体电压的锌基熔盐电池。

背景技术

高温化学电源是指在高温极端环境下利用氧化还原反应进行化学能与电能相互转换的高温电池，主要用于航空航天、战略武器、空间探索、应急电源、高温环境热电转换及储能等特殊环境。相比于常规电池，高温电池体系较少且主要基于碱金属或碱土金属体系。Li-SOCl₂电池是广泛商业化的高温电池，但其工作温度仅在150℃以下且产物中含有S和SO₂，在高温下存在安全问题。Na-S电池和Na-MCl_x(M＝Ni、Fe、Zn等)电池的工作温度在250～400℃并具有优异的循环性能，但熔融Na和熔融S具有安全隐患。基于LiCl-KCl熔盐的热电池在LiCl-KCl熔体中采用碱金属或碱土金属及其合金阳极(如Li、Ca、Mg、LiAl、LiB等)和过渡金属硫化物阴极(如FeS₂、CoS₂等)，其工作温度为450～550℃，常用作军用贮备电源，该电池同样采用碱金属或碱土金属阳极并具有更高工作温度，在应用方面存在诸多限制性。高温液态金属电池在碱金属或碱土金属卤化物熔体中采用碱金属或碱土金属阳极(如Li、Mg、Ca等)并采用高温熔融的液态金属阴极(如Hg、Sn、Sb等)，工作温度超过400℃，同样存在局限性。以上高温电池基本均基于高活泼性碱金属或碱土金属体系，并且工作温度普遍过高，在安全性以及中温环境的适应性方面均具有短板。

金属锌具有高理论比容量(820mAhg-1)和低氧化还原电位(-0.7628V相对于标准氢电极)，是高安全性电池的理想阳极。在常规体系中锌基电池已展现了良好的电性能以及出色的可靠性，但在高温体系中几乎没有锌基电池的研究。为数不多的研究主要基于高温液态金属电池体系，但该体系温度通常高于300℃且电池单体电压不超过0.8V。在其他高温电池的研究中，并未发现能在300℃以下工作且单体电压高于0.8V的锌基熔盐电池。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术存在的不足，提供一种具有高单体电压的锌基熔盐电池；该电池的运行温度为230～360℃，单体电压高于0.8V，旨在为高温电池的设计与选择提供新的参考。

本发明的目的通过下述技术方案予以实现：

本发明涉及一种具有高单体电压的锌基熔盐电池，所述熔盐电池由惰性电子导电集流体、含ZnO的高离子导电熔融电解质/隔膜层、(兼容匹配的)锌离子接受/供给正极层、主相为锌的金属负极层以及附属件组成，高离子导电熔融电解质/隔膜层处于锌离子接受/供给层与金属负极层之间(附图1)。该电池运行温度为230～360℃，单体电压高于0.8V。

作为一个实施方案，所述高离子导电熔融电解质/隔膜层由高离子导电熔融盐和吸附剂组成。其中，以总重为10份计，高离子导电熔融盐占5～9份，隔膜吸附剂占1～5份。

作为一个实施方案，所述高离子电导(中温)熔融盐包括ZnCl₂和KCl、LiCl中的一种或多种。所述隔膜吸附剂含ZnO且含有轻质MgO、多孔Al₂O₃中的一种或多种。