CN107994301A - 一种以杂多酸盐为负极材料的光充电二次电池 - Google Patents

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Abstract

一种以杂多酸盐为负极材料的光充电二次电池，包括光阳极（1）、正极（2）、负极（3）、锂离子导体膜（4）。所述负极材料，由纳米杂多酸盐材料、导电剂和粘结剂按照一定的质量比混合，加入到分散剂中，充分搅拌使混料均匀，涂覆并烘干制成电极片。本发明中纳米杂多酸酸盐材料的制备包括将无机盐溶液与杂多酸水溶液进行混合，得到固相纳米杂多酸酸盐材料和电极材料的制备。本发明采用的杂多酸盐具有结构和组成上的多样性，高的热稳定性，光还原性，能够进行可逆的、连续的多电子氧化还原。本发明方法制备的光充电二次电池在光照条件下可进行充电，充分利用太阳能，节省充电能源，成本低廉、设备简单。

Description

一种以杂多酸盐为负极材料的光充电二次电池
技术领域
本发明涉及一种以杂多酸盐为负极材料的光充电二次电池，属光电化学电池技术领域。
背景技术
开发清洁、可再生能源是解决全球气候变暖与能源危机等问题的有效途径。太阳能具有清洁、可再生、资源储量丰富等优点，被认为是化石能源最有效替代能源。然而，受日照时间长短、强弱变化大的影响，太阳能需要转化与存储为能够稳定输出的电能才能被人类有效的利用。光充电二次电池是一种能够直接将太阳能转化为化学能与电能的能量转换与存储装置。该电池结合了光电化学电池的光电转化功能，借鉴了二次电池的储能原理，具有光-电能转化、可充电性和电能输出稳定等特点，为太阳能的规模化存储与利用提供了新思路。
目前，光充电二次电池的存储容量远低于传统的二次电池如镍氢、铅酸电池等，其性能还不能达到电池应用的要求，无法满足太阳能的规模化存储。光充电二次电池中，光负极材料接受与存储光生电子速率的大小对光充电二次电池的光电化学能转化效率高低起着至关重要的作用。因此，研发能级匹配度高、导电性好、充放电比容量大的新型负极材料对于提升光充电二次电池的光电化学能转化效率及存储能力具有重要意义。
杂多酸盐（AnXM12O40）作为一种多功能材料，在光致变色、电致变色、储能材料等多个方面都有广泛的应用。杂多酸盐具有结构和组成上的多样性，高的热稳定性，光还原性，能够进行可逆的、连续的多电子氧化还原，对电子和质子具有传输和储备能力。杂多酸阴离子能进行一系列快速的单电子和两个电子的可逆还原过程，具有一定的光生电子存储能力，作为光充电二次电池负极材料，具有良好的光电能存储效果，为光充电二次电池负极材料的充放电循环过程提供稳定的结构。
发明内容
本发明的目的是，为了解决光充电二次电池存在的一些缺陷问题，本发明提出一种纳米杂多酸盐为负极材料的制备方法。
实现本发明的技术方案如下：
一种以杂多酸盐为负极材料的光充电二次电池，包括光阳极、正极、负极、隔膜。所述正极为碘化锂，隔膜为锂离子导体膜；所述负极材料，由纳米杂多酸盐材料、导电剂和粘结剂按照一定的质量比混合而成；所述纳米杂多酸盐材料与导电剂、粘结剂的质量比为（6~8）:（1~3）:1。
所述纳米杂多酸盐为AnXM12O40，其中A为稀土元素、NH4、K、Rb、Ag或Cu；X为P或Si；M为W或Mo。
所述光阳极为染料敏化的二氧化钛、二氧化锡或二氧化锌电极。
所述锂离子导体膜为nafion膜或LiSICON膜。
一种纳米杂多酸盐负极材料的制备方法，步骤如下：
（1）纳米杂多酸盐材料的合成：将无机盐溶液与杂多酸水溶液进行混合，在一定温度和搅拌速度条件下反应，反应一定时间，反应完成后，冷却、过滤、洗涤、烘干，得到固相纳米杂多酸材料。
（2）电极材料的制备：纳米杂多酸盐材料、导电剂、粘结剂分散到溶剂中，搅拌均匀，形成浆料，涂覆到集流体上，烘干后，备用。
所述集流体为导电玻璃、金属钛、导电纸、柔性导电材料中的一种，真空干燥条件为50-80℃。
所述纳米杂多酸盐材料合成时，反应温度为40-60℃，反应搅拌速度为300-600r/min，反应时间为6h-12h。
所述导电剂是乙炔黑、碳纳米管、石墨烯、Super P、KB、VGCF中的一种或几种；粘结剂为有机粘结剂或水性粘结剂中的一种；溶剂为N-甲基吡咯烷酮（NMP）或去离子水。
本发明的有益效果是，本发明合成的纳米杂多酸盐材料(AnXM12O40)具有结构和组成上的多样性，高的热稳定性，能够进行可逆的、连续的多电子氧化还原，对电子和质子具有传输和储备能力，为光充电二次电池负极材料的充放电循环过程提供稳定的结构。本发明合成的纳米杂多酸盐材料(AnXM12O40)有效的改善了光充电二次电池的循环寿命。
本发明所涉及的杂多酸盐负极材料制备工艺简单、反应条件安全、操作简便、反应所涉及试剂对环境危害很小。可适用于规模化生产。
附图说明
图1为本发明的电池结构示意图；
图中，1为光阳极；2为正极；3为阴极；4为锂离子导体膜；
图2为采用实施例1所制纳米磷钨酸铵材料的透射电镜图；
图3为采用实施例1所制纳米磷钨酸铵负极材料在光充电时间为10min，放电电流密度为50mA/g时的电压-时间曲线；
图4为采用实施例1所制纳米磷钨酸铵负极材料在光充电时间为10min，放电电流密度为50mA/g时的放电容量-循环寿命曲线；
图5为采用实施例2所制纳米磷钼酸铵负极材料在在光充电时间为20min，放电电流密度为75mA/g时的电压-时间曲线；
图6为采用实施例2所制纳米磷钼酸铵负极材料在在光充电时间为20min，放电电流密度为75mA/g时的放电容量-循环寿命曲线；
图7为采用实施例3所制纳米硅钨酸钾负极材料在在光充电时间为30min，放电电流密度为50mA/g时的电压-时间曲线；
图8为采用实施例3所制纳米硅钨酸钾负极材料在在光充电时间为30min，放电电流密度为50mA/g时的放电容量-循环寿命曲线。
具体实施方式
本实施例一种以杂多酸盐为负极材料的光充电二次电池的结构如图1所示。包括光阳极1、正极2、负极3和锂离子导体膜4。正极为碘化锂；锂离子导体膜包裹在阴极外表面；所述负极材料，由纳米杂多酸盐材料、导电剂和粘结剂按照一定的质量比混合而成；所述纳米杂多酸盐材料与导电剂、粘结剂的质量比为（6~8）:（1~3）:1；正极位于光阳极与负极之间。
实施例1
纳米磷钨酸铵负极材料及电极片的制备：
（1）纳米磷钨酸铵的制备：取25ml，0.19mol/L的氯化铵溶液，将氯化铵溶液缓慢加入到50ml，0.09mol/L的磷钨酸溶液中，反应温度为40℃，磁力搅拌速度550r/min。反应时间为8h。反应结束后冷却至室温，洗涤，干燥。制得纳米微球磷钨酸钾。其透射电镜图见图2。
（2）将上述制备的纳米磷钨酸铵材料、乙炔黑和PVDF按照7:2:1的重量比混合，N-甲基吡咯烷酮为分散剂，充分搅拌使混料均匀，擀制成片，80℃真空干燥12小时备用。
（3）用上述制备极片为负极、二氧化钛为光阳极、电解液0.1mol/L的碘化锂的碳酸丙烯酯溶液，在手套箱中组装成电池。在光充电时间为10min，放电电流密度为50mA/g时的电压-时间曲线如图3所示。所制纳米磷钨酸铵负极材料在光充电时间为10min，放电电流密度为50mA/g时的放电容量-循环寿命曲线如图4所示。
实施例2
纳米磷钼酸铵负极材料及电极片的制备：
将实施例1中第（1）步磷钨酸溶液换成磷钼酸溶液，将实施例1中第（1）反应时间为8h替换成6h。将实施例1中第（2）步纳米磷钨酸铵换成纳米磷钼酸铵，其他同实施例1。在光充电时间为20min，放电电流密度为75mA/g时的电压-时间曲线如图5所示。所制纳米磷钨酸铵负极材料在光充电时间为20min，放电电流密度为75mA/g时的放电容量-循环寿命曲线如图6所示。
实施例3
纳米硅钨酸钾材料的制备：
将实施例1中第（1）步中的氯化铵溶液换成氯化钾溶液，将实施例1中第（1）步中的磷钨酸溶液换成硅钨酸溶液，将实施例1中第（1）反应温度为40℃替换成60℃，将实施例1中第（1）反应时间为8h替换成4h。将实施例1中第（2）步纳米磷钨酸铵换成纳米硅钨酸钾，其他同实施例1。在光充电时间为30min，放电电流密度为50mA/g时的电压-时间曲线如图7所示。所制纳米硅钨酸钾负极材料在光充电时间为30min，放电电流密度为50mA/g时的放电容量-循环寿命曲线如图8所示。

Claims (8)

1.一种以杂多酸盐为负极材料的光充电二次电池，包括光阳极、正极、负极、隔膜，其特征在于，所述正极为碘化锂，隔膜为锂离子导体膜；所述负极材料由纳米杂多酸盐材料、导电剂和粘结剂按照一定的质量比混合而成；所述纳米杂多酸盐材料与导电剂、粘结剂的质量比为（6~8）:（1~3）:1。
2.根据权利要求1所述的一种以杂多酸盐为负极材料的光充电二次电池，其特征在于，所述纳米杂多酸盐为AnXM12O40，其中A为稀土元素、NH4、K、Rb、Ag或Cu；X为P或Si；M为W或Mo。
3.根据权利要求1所述的一种以杂多酸盐为负极材料的光充电二次电池，其特征在于，所述光阳极为染料敏化的二氧化钛、二氧化锡或二氧化锌电极。
4.根据权利要求1所述的一种以杂多酸盐为负极材料的光充电二次电池，其特征在于，所述锂离子导体膜为nafion膜或LiSICON膜。
5.根据权利要求2所述的一种以杂多酸盐为负极材料的光充电二次电池，其特征在于，所述纳米杂多酸盐的制备方法：
（1）纳米杂多酸盐负极材料的合成：将无机盐溶液与杂多酸水溶液进行混合，在一定温度和搅拌速度条件下反应，反应一定时间，反应完成后，冷却、过滤、洗涤、烘干，得到固相纳米杂多酸盐材料；
（2）电极材料的制备：纳米杂多酸盐负极材料、导电剂、粘结剂分散到溶剂中，搅拌均匀，形成浆料，涂覆到集流体上，烘干后。
6.根据权利要求5所述的一种以杂多酸盐为负极材料的光充电二次电池，其特征在于，所述集流体为导电玻璃、金属钛、导电纸、柔性导电材料中的一种，真空干燥条件为50-80℃。
7.根据权利要求5所述的一种以杂多酸盐为负极材料的光充电二次电池，其特征在于，所述纳米杂多酸盐材料合成时，反应温度为40-60℃，反应搅拌速度为300-600r/min，反应时间为6h-12h。
8.根据权利要求5所述的一种以杂多酸盐为负极材料的光充电二次电池，其特征在于，所述导电剂是乙炔黑、碳纳米管、石墨烯、Super P、KB、VGCF中的一种或几种；粘结剂为有机粘结剂或水性粘结剂中的一种；溶剂为N-甲基吡咯烷酮（NMP）或去离子水。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111682203A (zh) * 2020-06-17 2020-09-18 宁波大学 一种钒钼磷杂多酸钴钠的制备方法及其作为锂离子电池负极材料的用途
CN111994956A (zh) * 2020-07-24 2020-11-27 扬州大学 二氧化钛球包覆钾磷钨酸盐复合材料及其制备方法和应用

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004214116A (ja) * 2003-01-08 2004-07-29 National Institute Of Advanced Industrial & Technology 高パワー型二次電池
CN102544573A (zh) * 2010-12-28 2012-07-04 索尼公司 锂离子二次电池、电动工具、电动车辆以及电力储存系统
CN106329033A (zh) * 2015-06-30 2017-01-11 中国科学院大连化学物理研究所 一种基于水溶性快速反应动力学电对的光电化学储能电池
CN106785243A (zh) * 2017-02-28 2017-05-31 南开大学 光充二次电池
CN107275095A (zh) * 2017-06-09 2017-10-20 中国科学院武汉物理与数学研究所 一种可用染料敏化太阳能充电的复合型锂离子二次电池
CN107342412A (zh) * 2017-07-07 2017-11-10 江西省科学院应用化学研究所 一种纳米微球磷钨酸盐/硫正极材料的制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004214116A (ja) * 2003-01-08 2004-07-29 National Institute Of Advanced Industrial & Technology 高パワー型二次電池
CN102544573A (zh) * 2010-12-28 2012-07-04 索尼公司 锂离子二次电池、电动工具、电动车辆以及电力储存系统
CN106329033A (zh) * 2015-06-30 2017-01-11 中国科学院大连化学物理研究所 一种基于水溶性快速反应动力学电对的光电化学储能电池
CN106785243A (zh) * 2017-02-28 2017-05-31 南开大学 光充二次电池
CN107275095A (zh) * 2017-06-09 2017-10-20 中国科学院武汉物理与数学研究所 一种可用染料敏化太阳能充电的复合型锂离子二次电池
CN107342412A (zh) * 2017-07-07 2017-11-10 江西省科学院应用化学研究所 一种纳米微球磷钨酸盐/硫正极材料的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
NANFU YAN ET AL: ""Potassium phosphotungstate spheres as an anode material for a solar rechargeable battery"", 《SUSTAINABLE ENERGY &FUELS》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111682203A (zh) * 2020-06-17 2020-09-18 宁波大学 一种钒钼磷杂多酸钴钠的制备方法及其作为锂离子电池负极材料的用途
CN111682203B (zh) * 2020-06-17 2022-04-05 宁波大学 一种钒钼磷杂多酸钴钠的制备方法及其作为锂离子电池负极材料的用途
CN111994956A (zh) * 2020-07-24 2020-11-27 扬州大学 二氧化钛球包覆钾磷钨酸盐复合材料及其制备方法和应用

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