CN110444814A - 一种可充放电的水溶液储能器件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可充放电的水溶液储能器件，其中所述储能器件主要由含有机添加剂的镁盐水溶液和电极材料两个部分组成,其中负极为金属镁或者镁合金；正极为能够发生离子可逆吸附/脱附的碳材料、能够发生赝电容的氧化物或者能够发生赝电容的导电聚合物、能够发生氧化还原反应的氧化物或者能够发生离子可逆嵌入/脱嵌的嵌入化合物。该可充放电的水溶液储能器件拥有很高的电化学稳定窗口，能量密度可以达到260Wh/kg以上，远高于普通水溶液储能器件。该可充放电的水溶液储能器件可以用于电力的储存与释放等方面。
Description
技术领域
本发明涉及一种可充放电的水溶液储能器件，具体涉及一种基于金属镁负极的可充放电的水溶液储能器件，更具体涉及一种基于金属镁负极、含有机添加剂的镁盐水溶液储能器件。
背景技术
可充电镁电池一直被认为是一种非常有前景的能源储存和转换技术。镁金属是可用于高能量密度电池的金属负极之一，具有以下几个特征：化学性质温和且储量丰富；镁具有较低的还原电位(-2.37V)；理论比容量较大(为2205mAh/g，3830mAh/cm3)；与锂金属不同，镁金属在可逆的电化学沉积/溶解过程中不会形成枝晶，因此使用镁金属作为电池负极材料时不会产生严重的安全隐患。因此，开发镁二次电池对于大型动力电池系统方面具有潜在的优势。此外，我国的镁资源储量在世界上居于首位，相比其它国家，开发可充镁电池具有无与伦比的优势。
目前，镁干电池和镁燃料电池分别在军用通讯设备电源和海洋水下仪器电源上有所应用和研究，而在充电电池上的研究正逐渐引起人们的重视。可充镁电池的发展一直受到两个主要因素的制约。其一，镁离子的溶剂化作用较强，可供镁离子嵌入的基质材料很少，这使得对正极材料的选择受到一定的限制。其二，即使对质子惰性的溶剂，在大多数中镁电极表面也易形成一层致密的钝化膜，二价镁离子很难通过这层钝化膜。解决钝化膜的主要途径是寻找合适的电解液体系。
可充镁电池电解液与Mg可逆电沉积密切相关，人们对镁在不同电解液中性质的研究已经比较深入。目前可充镁电池电解液主要包括以醚(例如四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、1,3-二氧戊环1,4-二氧六环、二乙醚、乙二醇二甲醚和四乙二醇二甲醚)为溶剂的有机电解液。而这些有机溶剂闪点低，很容易燃烧，会产生严重的安全隐患。
为了解决有机溶剂易燃的缺点，公认的方法是采用水溶液作为电解质。一方面水溶液电解质的离子导电率高，另一方面其阻燃。但是，采用水溶液电解质时，金属镁表面很容易形成由MgO、Mg(OH)2等组成的表面钝化膜，阻碍了镁的可逆溶解和沉积；同时水溶液的电化学窗口不宽，无法获得高能量密度的电化学储能体系。
发明内容
本发明的目的在于克服水溶液电池电压低、能量密度低的问题，提供一种具有高电压、高能量密度的可充放电的水溶液储能器件。
本发明的技术方案如下：
一种可充放电的水溶液储能器件，该储能器件包括电解液、正极和负极，其特征在于所述负极为金属镁或者镁合金，电解液为含有机添加剂的镁盐水溶液，正极为能够发生离子可逆吸附/脱附的碳材料、能够发生赝电容的氧化物、能够发生赝电容的导电聚合物、能够发生氧化还原反应的氧化物或者能够发生离子可逆嵌入/脱嵌的嵌入化合物。
所述的镁合金为包括镁以及锂、硼、铝、磷、铁、钴、锰、镍、铜、锌、锰、铈、钍、锆、镉中的一种或几种的合金。
所述的有机添加剂包括可溶于水的有机溶剂或可溶于水的有机聚合物；水溶液中还包括缓蚀剂：I2、铬酸盐、锡酸盐、二硫代缩二尿、季铵盐、硼酸盐、硅酸盐、钼酸盐、钒酸盐或磷酸盐中的一种或任意多种；还包括钾盐、钠盐、乳酸糖衍生物、乌洛托品、乙酰氨基酚，或者它们的混合物。
所述的可溶于水的有机溶剂包括醇、醛、腈、酮、胺、羧酸、酰胺、砜、亚砜、醚，或者它们的任意混合物。
所述的可溶于水的有机聚合物包括聚乙二醇、聚乙烯醇、聚环氧丙烷、纤维素、甲壳素、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、聚乳酸或聚乳酸盐中的一种或任意多种，或者它们的衍生物、共混物、共聚物。
所述镁盐水溶液包括含醋酸镁、硫酸镁、硝酸镁、高氯酸镁、氯化镁、三氟甲基磺酸镁的水溶液，或其中两种或两种以上的镁盐的混合水溶液或水凝胶电解质。
所述镁盐水溶液中还包括锂盐、钠盐、钾盐、铵盐、铝盐、钙盐或钡盐中的一种或者多种。
所述水溶液也可以为水凝胶；所述的能够发生离子可逆吸附/脱附的碳材料为活性炭、有序孔碳、碳纳米管或石墨烯或者它们之间的混合物。
所述的能够发生赝电容的氧化物为MnO2或RuO2或它们的掺杂化合物或者它们的混合物；或者所述能够发生赝电容的导电聚合物为聚乙炔、聚苯、聚吡咯、聚苯胺或聚噻吩或它们的掺杂物或者它们的混合物；所述的能够发生氧化还原反应的氧化物为Mn3O4、VO2、MoO3、MoO2、CrO3、Fe3O4、Fe2O3、Co3O4、NiO、NiOOH、CuO或Cu2O或者它们的混合物；所述的能够发生离子可逆嵌入/脱嵌的嵌入化合物为普鲁士蓝类化合物(如NaxA[Fe(CN)6]·nH2O(A为In、Ca、Sr、Ba、Fe、Cu、Mn、Co、Cr或Ni))、可嵌入锂/钠/钾的化合物：MFePO4、MCoO2、MNiO2、MMn2O4、M[Ni1/3Co1/3Mn1/3]O2或它们中两种或者多种化合物的混合物。
可充放电的水溶液储能器件在电力储存与释放方面的应用。
本发明的有益效果是：
1)由本发明制备的含有机添加剂的镁盐水溶液可以实现镁的可逆沉积与析出，并且具有很高的电化学稳定窗口，得到了高电压、高能量密度、可充放电的水溶液储能器件。
2)由本发明制备的基于可充放电的水溶液储能器件不仅解决了醚类电解质易燃的问题，而且解决了镁水溶液电池电压低、能量密度低的问题，并且具有非常优良的稳定性和循环性能。
3)基于可充放电的水溶液储能器件在电力储存和释放方面的用途提供了全新的储能解决方案，具有广泛的市场前景。
附图说明
图1(a)为本发明的实施例1在0.3mV/s扫描速率下的CV曲线示意图。
图1(b)为本发明的实施例1在不同电流密度下的充放电曲线示意图。
图1(c)为本发明的实施例1在0.25A/g的电流密度下的充放电循环曲线示意图。
图2(a)为本发明的实施例2在0.3mV/s扫描速率下的CV曲线示意图。
图2(b)为本发明的实施例2在1A/g的电流密度下的充放电曲线示意图。
图2(c)为本发明的实施例2在1A/g的电流密度下的充放电循环曲线示意图。
图3(a)为本发明的实施例3在不同扫描速率下的CV曲线示意图。
图3(b)为本发明的实施例3在不同电流密度下的充放电曲线示意图。
图3(c)为本发明的实施例3在1A/g的电流密度下的充放电循环曲线示意图。
具体实施方式
下面将通过实施例和对比例进行更详细的描述，但本发明的保护范围并不限于这些实施例。
如图1(a)至图3(c)。
本发明所述目的通过本发明的可充放电的电化学储能器件实现。所述电化学储能器件包括含有机添加剂的镁盐水溶液和电极材料两部分。所述含有机添加剂的镁盐水溶液包含镁盐水溶液、有机添加剂两部分。由于该含有机添加剂的镁盐水溶液的采用，不仅解决了醚类电解质易燃的问题，而且解决了镁水溶液电池电压低、能量密度低的问题，具有优良的循环性能。
在本发明中，所述镁盐水溶液主要包括含醋酸镁、硫酸镁、硝酸镁、高氯酸镁、氯化镁、三氟甲基磺酸镁的水溶液，或其中两种或两种以上的镁盐的混合水溶液或水凝胶电解质。
在本发明中，所述镁盐水溶液中可以加入其它盐，例如锂盐、钠盐、钾盐、铵盐、铝盐、钙盐、钡盐中的一种或者多种。
在本发明中，所述有机添加剂是指可溶于水的有机溶剂或可溶于水的有机聚合物。
在本发明中，所述可溶于水的有机溶剂包括醇(例如甲醇、乙醇、丙醇、乙二醇、甘油)、醛(例如甲醛、乙醛)、腈(例如乙腈)、酮(例如丙酮、丁酮)、胺(例如甲胺、乙胺、乙二胺)、羧酸(例如甲酸、乙酸、丙酸、羟基丙酸、乙二酸、丙二酸、丁二酸、戊二酸、己二酸)、酰胺(例如二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、六甲基磷酰三胺)、砜(例如丁砜)、亚砜(例如二甲基亚砜)、醚(例如二氧六环(二噁烷)、乙二醇单甲/乙/丙醚、二乙二醇二甲醚、四乙二醇二甲醚、二甘醇二甲醚、1，3-二氧杂环戊烷)，或者它们的混合物。
在本发明中，所述可溶于水的有机聚合物如聚乙二醇、聚乙烯醇、聚环氧丙烷、纤维素、甲壳素、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、聚乳酸、聚乳酸盐，或者它们的衍生物、共混物、共聚物。
在本发明中，水溶液中还可加入缓蚀剂，所述缓蚀剂包括I2、铬酸盐、锡酸盐、二硫代缩二尿、季铵盐、硼酸盐、硅酸盐、钼酸盐、钒酸盐、磷酸盐；还包括钾盐(例如氟化钾、高锰酸钾)、钠盐(例如铝酸钠、苯甲酸钠、碳酸钠)、乳酸糖衍生物、乌洛托品、乙酰氨基酚，或者它们的混合物。
上述可溶于水的有机溶剂的量为电解液的1wt.％-99wt.％，优选为10wt.％-70wt.％，更优选为20wt.％-55wt.％。
上述缓蚀剂的量为电解液的0.01wt.％-30wt.％，优选为0.1-20wt.％，更优选为1-5wt.％。
在本发明中，所述电极材料主要包括负极材料和正极材料。
在本发明中，所述负极材料包括镁金属或镁合金，其中镁合金主要包括镁与锂、硼、铝、磷、铁、钴、锰、镍、铜、锌、锰、铈、钍、锆、镉中的一种或几种形成的合金。
在本发明中，所述正极材料主要包括以下五种类型：
(1)能够发生离子可逆吸附/脱附的碳材料，包括活性炭、有序多孔碳、碳纳米管、石墨烯或者它们之间的混合物；(2)能够发生赝电容的氧化物，包括MnO2、RuO2、它们的掺杂化合物或者它们的混合物；(3)发生赝电容的导电聚合物为聚乙炔、聚苯、聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩、它们的掺杂物或者它们的混合物；(4)能够发生氧化还原反应的氧化物为Mn3O4、VO2、MoO3、MoO2、CrO3、Fe3O4、Fe2O3、Co3O4、NiO、NiOOH、CuO、Cu2O；(5)能够发生离子可逆嵌入/脱嵌的嵌入化合物为普鲁士蓝类化合物(如NaxA[Fe(CN)6]·nH2O(A为In、Ca、Sr、Ba、Fe、Cu、Mn、Co、Cr或Ni))、可嵌入锂/钠/钾的化合物(如MFePO4、MCoO2、MNiO2、MMn2O4、M[Ni1/3Co1/ 3Mn1/3]O2(M为碱金属元素或者它们的两种或者多种元素)、或它们的混合物。
本发明还提供了该基于可充放电的水溶液储能器件在电力储存和释放方面的用途。
对比例1
以金属镁为负极，以可逆容量为120mAh/g的LiMn2O4为正极的活性物质，以深圳市吉田化工有限公司生产的Super-P导电炭黑作为导电剂、以聚偏氟乙烯为粘合剂、以无水乙醇为溶剂，搅拌成均匀的浆料后，涂布在不锈钢网上，制成正极极片。以4M Mg(ClO4)+1MLiClO4水溶液作为电解质。密封后，得到以LiMn2O4为正极、金属镁为负极的充放电镁电池。在0.25A/g(以正极活性物质质量计算，下同)的电流密度下进行测试，充电截止电压为2.9V，放电终止电压为1.6V。根据测试结果，获得平均放电电压和根据电极的活性物质重量得到的能量密度。根据测试结果，获得平均放电电压和根据电极的活性物质重量得到的能量密度。为了比较方便，这些数据汇总于表1中。
实施例1
除了电解质为4M Mg(ClO4)+1M LiClO4+20wt.％PEG-400水溶液外，其它组成和测试条件同对比例1。测试所得的数据汇总于表1中。其在0.3mV/s扫描速率下的CV图、0.25A/g的电流密度下的充放电曲线图以及300次充放电循环曲线分别示于图1(a)、图1(b)和图1(c)。
对比例2
以金属镁为负极，以可逆容量为140mAh/g的LiFePO4为正极的活性物质，以深圳市吉田化工有限公司生产的Super-P导电炭黑作为导电剂、以聚偏氟乙烯为粘合剂、以无水乙醇为溶剂，搅拌成均匀的浆料后，涂布在不锈钢网上，制成正极极片。以4M Mg(ClO4)+1MLiClO4水溶液作为电解质。密封后，得到以LiFePO4为正极、金属镁为负极的充放电镁电池。在1A/g的电流密度下进行测试，充电截止电压为2.6V，放电终止电压为1.3V。根据测试结果，同样获得平均放电电压和根据电极的活性物质重量得到的能量密度。为了比较方便起见，这些数据也汇总于表1中。
实施例2
除了电解质为4M Mg(ClO4)+1M LiClO4+10wt.％PVA水溶液外，其它组成和测试条件同对比例2。测试所得的数据也汇总于表1中。其在0.3mV/s扫描速率下的CV图、1A/g的电流密度下的充放电曲线图以及300次充放电循环曲线分别示于图1(a)、图1(b)和图1(c)。
对比例3
以镁铝合金(铝含量2wt.％)为负极，以活性炭(YP-80F)为正极。以深圳市吉田化工有限公司生产的Super-P导电炭黑作为导电剂、以聚偏氟乙烯为粘合剂、以无水乙醇为溶剂，搅拌成均匀的浆料后，涂布在不锈钢网上，制成正极极片。6M Mg(ClO4)水溶液作为电解质。密封后，得到以活性炭为正极、金属镁为负极的充放电镁电容器。对其进行充放电性能及循环测试，根据测试结果，同样获得平均放电电压和根据电极的活性物质重量得到的能量密度。为了比较方便起见，这些数据也汇总于表1中。
实施例3
除了电解质为6M Mg(ClO4)+10wt.％PEO水溶液外，其它组成和测试条件同对比例2。测试所得的数据也汇总于表1中。其在不同扫描速率下的CV图、不同电流密度下的充放电曲线图以及2200次充放电循环曲线分别示于图3(a)、图3(b)和图3(c)。
表1.对比例和实施例的部分数据和结果
*：根据正极和负极活性物质的实际容量和实际平均电压计算出来的数据；
**：负极材料按金属镁量为1摩尔计算。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种可充放电的水溶液储能器件，该储能器件包括电解液、正极和负极，其特征在于所述负极为金属镁或者镁合金，电解液为含有机添加剂的镁盐水溶液，正极为能够发生离子可逆吸附/脱附的碳材料、能够发生赝电容的氧化物、能够发生赝电容的导电聚合物、能够发生氧化还原反应的氧化物或者能够发生离子可逆嵌入/脱嵌的嵌入化合物。
2.根据权利要求1可充放电的水溶液储能器件，其特征在于所述的镁合金为包括镁以及锂、硼、铝、磷、铁、钴、锰、镍、铜、锌、锰、铈、钍、锆、镉中的一种或几种的合金。
3.根据权利要求1所述的可充放电的水溶液储能器件，其特征在于所述的有机添加剂包括可溶于水的有机溶剂或可溶于水的有机聚合物；水溶液中还包括缓蚀剂：I2、铬酸盐、锡酸盐、二硫代缩二尿、季铵盐、硼酸盐、硅酸盐、钼酸盐、钒酸盐或磷酸盐中的一种或任意多种；还包括钾盐、钠盐、乳酸糖衍生物、乌洛托品、乙酰氨基酚，或者它们的混合物。
4.根据权利要求3中任何一项所述的可充放电的水溶液储能器件，其特征在于所述的可溶于水的有机溶剂包括醇、醛、腈、酮、胺、羧酸、酰胺、砜、亚砜、醚，或者它们的任意混合物。
5.根据权利要求3中任何一项所述的可充放电的水溶液储能器件，其特征在于所述的可溶于水的有机聚合物包括聚乙二醇、聚乙烯醇、聚环氧丙烷、纤维素、甲壳素、聚丙烯酸、聚丙烯酸盐、聚乳酸或聚乳酸盐中的一种或任意多种，或者它们的衍生物、共混物、共聚物。
6.根据权利要求1-4中任何一项所述的可充放电的水溶液储能器件，其特征在于所述镁盐水溶液包括含醋酸镁、硫酸镁、硝酸镁、高氯酸镁、氯化镁、三氟甲基磺酸镁的水溶液，或其中两种或两种以上的镁盐的混合水溶液或水凝胶电解质。
7.根据权利要求1-4中任何一项所述的可充放电的水溶液储能器件，其特征在于所述镁盐水溶液中还包括锂盐、钠盐、钾盐、铵盐、铝盐、钙盐或钡盐中的一种或者多种。
8.根据权利要求1-4任何一项所述的可充放电的水溶液储能器件，其特征在于所述水溶液也可以为水凝胶；所述的能够发生离子可逆吸附/脱附的碳材料为活性炭、有序孔碳、碳纳米管或石墨烯或者它们之间的混合物。
9.根据权利要求1所述的可充放电的水溶液储能器件，其特征在于所述的能够发生赝电容的氧化物为MnO2或RuO2或它们的掺杂化合物或者它们的混合物；或者所述能够发生赝电容的导电聚合物为聚乙炔、聚苯、聚吡咯、聚苯胺或聚噻吩或它们的掺杂物或者它们的混合物；所述的能够发生氧化还原反应的氧化物为Mn3O4、VO2、MoO3、MoO2、CrO3、Fe3O4、Fe2O3、Co3O4、NiO、NiOOH、CuO或Cu2O或者它们的混合物；所述的能够发生离子可逆嵌入/脱嵌的嵌入化合物为普鲁士蓝类化合物(如NaxA[Fe(CN)6]·nH2O(A为In、Ca、Sr、Ba、Fe、Cu、Mn、Co、Cr或Ni))、可嵌入锂/钠/钾的化合物：MFePO4、MCoO2、MNiO2、MMn2O4、M[Ni1/3Co1/3Mn1/3]O2或它们中两种或者多种化合物的混合物。
10.根据权利要求1-9中任意一项的可充放电的水溶液储能器件在电力储存与释放方面的应用。
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|---|---|
| CN (1) | CN110444814B (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112133964A (zh) * | 2020-09-23 | 2020-12-25 | 杭州怡莱珂科技有限公司 | 一种镁离子电解质溶液及其制备方法 |
| CN113363598A (zh) * | 2021-06-01 | 2021-09-07 | 松山湖材料实验室 | 新型水系镁金属二次电池其及制备方法 |
| CN114976295A (zh) * | 2022-06-08 | 2022-08-30 | 迈奇化学股份有限公司 | 一种水系锌离子电池电解液及其制备方法与应用 |
| WO2022246590A1 (zh) * | 2021-05-24 | 2022-12-01 | 中国科学技术大学 | 水系金属离子二次电池及水系电解液 |
Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101634043A (zh) * | 2008-07-23 | 2010-01-27 | 比亚迪股份有限公司 | 一种电解质水溶液及锆和锆合金的表面处理方法 |
| CN102760892A (zh) * | 2012-06-25 | 2012-10-31 | 南昌大学 | 一种镁锰纸电池及其制备方法 |
| CN103401030A (zh) * | 2013-07-09 | 2013-11-20 | 哈尔滨工程大学 | 一种水系可充镁或锌离子电容电池 |
| CN103413905A (zh) * | 2013-07-12 | 2013-11-27 | 复旦大学 | 一种高电压的镁充放电电池 |
| KR20170008540A (ko) * | 2015-07-14 | 2017-01-24 | 울산과학기술원 | 마그네슘 이차 전지용 전해질, 및 이를 포함하는 마그네슘 이차 전지 |
| CN107369564A (zh) * | 2017-07-17 | 2017-11-21 | 深圳中科瑞能实业有限公司 | 金属导电材料用作镁离子混合超级电容器负极和镁离子混合超级电容器及其制备方法 |
| CN108428953A (zh) * | 2018-02-02 | 2018-08-21 | 上海大学 | 能用于锰基水系电化学储能器件材料的添加剂及其应用 |
| CN108461832A (zh) * | 2017-02-22 | 2018-08-28 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种基于胶体或凝胶电解质的水系碱金属离子电池及其制备方法 |
| CN109309244A (zh) * | 2017-07-27 | 2019-02-05 | 南京工业大学 | 一种混合水性可充电电池 |
| CN109449437A (zh) * | 2018-09-19 | 2019-03-08 | 北京大学 | 一种环保型水系电池及其制备方法 |
| CN109950457A (zh) * | 2017-12-21 | 2019-06-28 | 北京金羽新能科技有限公司 | 一种水系离子储能器件 |
-
2019
- 2019-08-09 CN CN201910733808.3A patent/CN110444814B/zh active Active
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101634043A (zh) * | 2008-07-23 | 2010-01-27 | 比亚迪股份有限公司 | 一种电解质水溶液及锆和锆合金的表面处理方法 |
| CN102760892A (zh) * | 2012-06-25 | 2012-10-31 | 南昌大学 | 一种镁锰纸电池及其制备方法 |
| CN103401030A (zh) * | 2013-07-09 | 2013-11-20 | 哈尔滨工程大学 | 一种水系可充镁或锌离子电容电池 |
| CN103413905A (zh) * | 2013-07-12 | 2013-11-27 | 复旦大学 | 一种高电压的镁充放电电池 |
| KR20170008540A (ko) * | 2015-07-14 | 2017-01-24 | 울산과학기술원 | 마그네슘 이차 전지용 전해질, 및 이를 포함하는 마그네슘 이차 전지 |
| CN108461832A (zh) * | 2017-02-22 | 2018-08-28 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 一种基于胶体或凝胶电解质的水系碱金属离子电池及其制备方法 |
| CN107369564A (zh) * | 2017-07-17 | 2017-11-21 | 深圳中科瑞能实业有限公司 | 金属导电材料用作镁离子混合超级电容器负极和镁离子混合超级电容器及其制备方法 |
| CN109309244A (zh) * | 2017-07-27 | 2019-02-05 | 南京工业大学 | 一种混合水性可充电电池 |
| CN109950457A (zh) * | 2017-12-21 | 2019-06-28 | 北京金羽新能科技有限公司 | 一种水系离子储能器件 |
| CN108428953A (zh) * | 2018-02-02 | 2018-08-21 | 上海大学 | 能用于锰基水系电化学储能器件材料的添加剂及其应用 |
| CN109449437A (zh) * | 2018-09-19 | 2019-03-08 | 北京大学 | 一种环保型水系电池及其制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| BAIHE ZHANG ET AL: "An aqueous rechargeable battery based on zinc anode and Na0.95MnO2", 《CHEMICAL COMMUNICATIONS》 * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112133964A (zh) * | 2020-09-23 | 2020-12-25 | 杭州怡莱珂科技有限公司 | 一种镁离子电解质溶液及其制备方法 |
| WO2022246590A1 (zh) * | 2021-05-24 | 2022-12-01 | 中国科学技术大学 | 水系金属离子二次电池及水系电解液 |
| CN113363598A (zh) * | 2021-06-01 | 2021-09-07 | 松山湖材料实验室 | 新型水系镁金属二次电池其及制备方法 |
| CN114976295A (zh) * | 2022-06-08 | 2022-08-30 | 迈奇化学股份有限公司 | 一种水系锌离子电池电解液及其制备方法与应用 |
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| Publication number | Publication date |
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| CN110444814B (zh) | 2021-08-24 |
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