[发明专利]金属-氢气电池及其制备方法

说明书

本公开提供了一种金属‑氢气电池及其制备方法，其中，金属‑氢气电池包括：正极、负极、电解液；正极包括氢气电极，其中，氢气电极包括含有正极活性物质的正极极片。负极包括金属电极，其中，金属电极包括主金属和掺杂金属，其中，主金属包括Li、Na、K、Ca、Mg、Al中的一种或多种；掺杂金属包括Ni、Zn、Sr、Ba中的一种或多种。电解液包括正极侧的无机电解液、负极侧的有机电解液和分离无机电解液和有机电解液的固态电解质。

技术领域

本公开属于电化学技术领域，具体涉及一种金属-氢气电池及其制备方法。

背景技术

随着全球信息时代的高速发展，对储能设备的需求在快速增长。在相关技术中，利用氢气电极优异的特点，与镍正极进行匹配，得到了具有较高能量密度和长时间稳定的镍-氢气电池。这种镍-氢气电池储能技术被应用到航天飞行器和卫星上，使用寿命超过十五年。氢气作为目前已知相对分子质量最轻的物质，具有高理论容量，且绿色环保、资源丰富，广泛存在于宇宙中，氢能已被视为全球具有发展潜力的清洁能源之一。另外，采用优异的双功能催化剂去催化氢气的氧化与还原反应，表现出高容量、低的过电位与稳定的使用寿命。因此，将氢气作为电池的电极，能获得高的能量和功率密度以及长的工作寿命。然而这种传统镍-氢气电池受限于水系电解液有限的电压窗口，放电平台仅为1.2V，且催化剂价格昂贵，阻碍了其广泛的应用。

发明内容

有鉴于此，本公开提供了一种金属-氢气电池及其制备方法，以期至少部分地解决上述技术问题。

作为本公开的一个方面，本公开提供了一种金属-氢气电池，包括：正极、负极、电解液；其中，正极包括氢气电极，其中，氢气电极包括含有正极活性物质的正极极片。负极包括金属电极，其中，金属电极包括主金属和掺杂金属，其中，主金属包括Li、Na、K、Ca、Mg、Al中的一种或多种；掺杂金属包括Ni、Zn、Sr、Ba中的一种或多种。电解液包括正极侧的无机电解液、负极侧的有机电解液和分离无机电解液和有机电解液的固态电解质。

根据本公开实施例，掺杂金属的摩尔含量为主金属摩尔含量的0.01～10％。

根据本公开实施例，正极活性物质包括第一金属催化剂、第二金属催化剂、第三金属催化剂、碳材料中的一种或多种。

根据本公开实施例，第一金属催化剂包括Pt、Pd、Ir、Ru、PtNi、PtCo、PtMo、PtW、PtNiCo、PtNiMo、PdNi、PdCo、PdMo、PdW、PdNiCo、PdNiMo、IrNi、IrCo、IrMo、IrW、IrNiCo、IrNiMo、RuNi、RuCo、RuMo、RuW、RuNiCo、RuNiMo中的一种或多种。

根据本公开实施例，第二金属催化剂包括PtO₂、PtOH、PtC、IrO₂、IrC、IrN、IrS、IrP、RuO₂、RuC、RuN、RuS、RuP中的一种或多种；

根据本公开实施例，第三金属催化剂包括Ni、NiMo、NiCoMo、MoC、MoC₂、MoO₂、MoS₂、MoP、WC、WC₂、WO₂、WS₂、WP、NiN、NiS、NiP、NiPS中的一种或多种；

根据本公开实施例，碳材料包括微米球、纳米球、微米颗粒、纳米颗粒、微米片、纳米片、微米线、纳米线、微米管、纳米管中的一种或多种。

根据本公开实施例，无机电解液包括第一金属盐和水，其中，第一金属盐包括锂盐、钠盐、钾盐、镁盐、钙盐、铝盐中的一种或多种。

根据本公开实施例，有机电解液包括第二金属盐和有机溶剂，其中，第二金属盐包括锂盐、钾盐、钠盐中的一种或多种。