RU2786089C2 - Улучшенные электрохимические элементы для применения в высокоэнергетичном источнике тока - Google Patents
Улучшенные электрохимические элементы для применения в высокоэнергетичном источнике тока Download PDFInfo
- Publication number
- RU2786089C2 RU2786089C2 RU2020108204A RU2020108204A RU2786089C2 RU 2786089 C2 RU2786089 C2 RU 2786089C2 RU 2020108204 A RU2020108204 A RU 2020108204A RU 2020108204 A RU2020108204 A RU 2020108204A RU 2786089 C2 RU2786089 C2 RU 2786089C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrolyte
- cathode
- electrochemical cell
- paragraphs
- partially oxidized
- Prior art date
Links
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 105
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 claims abstract description 74
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 67
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 claims abstract description 66
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims abstract description 39
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 38
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 38
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 34
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 34
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims abstract description 25
- REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N aluminium(3+) Chemical class [Al+3] REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- 230000000996 additive Effects 0.000 claims abstract description 20
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract description 19
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims abstract description 14
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 60
- KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M Lithium chloride Chemical compound [Li+].[Cl-] KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 48
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 48
- 229910001508 alkali metal halide Inorganic materials 0.000 claims description 37
- 150000008045 alkali metal halides Chemical class 0.000 claims description 36
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 32
- AMXOYNBUYSYVKV-UHFFFAOYSA-M Lithium bromide Chemical compound [Li+].[Br-] AMXOYNBUYSYVKV-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 26
- JHJLBTNAGRQEKS-UHFFFAOYSA-M Sodium bromide Chemical compound [Na+].[Br-] JHJLBTNAGRQEKS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 26
- 150000003623 transition metal compounds Chemical class 0.000 claims description 26
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims description 21
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 claims description 20
- -1 copper-nickel alloy Chemical class 0.000 claims description 18
- 229910010238 LiAlCl 4 Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 150000004820 halides Chemical class 0.000 claims description 17
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 claims description 15
- PQXKHYXIUOZZFA-UHFFFAOYSA-M lithium fluoride Inorganic materials [Li+].[F-] PQXKHYXIUOZZFA-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 15
- PUZPDOWCWNUUKD-UHFFFAOYSA-M sodium fluoride Inorganic materials [F-].[Na+] PUZPDOWCWNUUKD-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 15
- 235000013024 sodium fluoride Nutrition 0.000 claims description 15
- HSZCZNFXUDYRKD-UHFFFAOYSA-M lithium iodide Inorganic materials [Li+].[I-] HSZCZNFXUDYRKD-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 13
- MCVFFRWZNYZUIJ-UHFFFAOYSA-M lithium;trifluoromethanesulfonate Chemical compound [Li+].[O-]S(=O)(=O)C(F)(F)F MCVFFRWZNYZUIJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 13
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims description 13
- FVAUCKIRQBBSSJ-UHFFFAOYSA-M sodium iodide Inorganic materials [Na+].[I-] FVAUCKIRQBBSSJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 13
- 235000009518 sodium iodide Nutrition 0.000 claims description 13
- 150000002221 fluorine Chemical class 0.000 claims description 12
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- KEAYESYHFKHZAL-UHFFFAOYSA-N sodium Chemical compound [Na] KEAYESYHFKHZAL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 claims description 9
- 239000003513 alkali Substances 0.000 claims description 8
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 8
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminum Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- XFXPMWWXUTWYJX-UHFFFAOYSA-N cyanide Chemical compound N#[C-] XFXPMWWXUTWYJX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 claims description 7
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 claims description 7
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- XGPOMXSYOKFBHS-UHFFFAOYSA-M sodium;trifluoromethanesulfonate Chemical compound [Na+].[O-]S(=O)(=O)C(F)(F)F XGPOMXSYOKFBHS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 6
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052740 iodine Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 5
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N oxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 claims description 5
- 229910052794 bromium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 4
- TWXTWZIUMCFMSG-UHFFFAOYSA-N nitride(3-) Chemical compound [N-3] TWXTWZIUMCFMSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 150000003568 thioethers Chemical class 0.000 claims description 4
- 229910000570 Cupronickel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 2
- 229910000314 transition metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- SYRDSFGUUQPYOB-UHFFFAOYSA-N [Li+].[Li+].[Li+].[O-]B([O-])[O-].FC(=O)C(F)=O Chemical compound [Li+].[Li+].[Li+].[O-]B([O-])[O-].FC(=O)C(F)=O SYRDSFGUUQPYOB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 20
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 abstract description 20
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract 1
- 210000004027 cells Anatomy 0.000 description 77
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 51
- 239000000463 material Substances 0.000 description 16
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 230000001351 cycling Effects 0.000 description 9
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 8
- 229910002482 Cu–Ni Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 5
- 230000002441 reversible Effects 0.000 description 5
- 229910001006 Constantan Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910016509 CuF 2 Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000004480 active ingredient Substances 0.000 description 4
- 239000006182 cathode active material Substances 0.000 description 4
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 description 4
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- NKNDPYCGAZPOFS-UHFFFAOYSA-M Copper(I) bromide Chemical compound Br[Cu] NKNDPYCGAZPOFS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- OXBLHERUFWYNTN-UHFFFAOYSA-M Copper(I) chloride Chemical compound [Cu]Cl OXBLHERUFWYNTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- 229920001410 Microfiber Polymers 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000003658 microfiber Substances 0.000 description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 3
- OZAIFHULBGXAKX-UHFFFAOYSA-N precursor Substances N#CC(C)(C)N=NC(C)(C)C#N OZAIFHULBGXAKX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 159000000000 sodium salts Chemical class 0.000 description 3
- 229910016467 AlCl 4 Inorganic materials 0.000 description 2
- TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N Cesium Chemical compound [Cs] TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium Ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010405 anode material Substances 0.000 description 2
- 239000002585 base Substances 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- CPELXLSAUQHCOX-UHFFFAOYSA-M bromide Chemical compound [Br-] CPELXLSAUQHCOX-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 229910052792 caesium Inorganic materials 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 2
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 2
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 2
- 230000002708 enhancing Effects 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M fluoride anion Chemical compound [F-] KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 150000004673 fluoride salts Chemical class 0.000 description 2
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052730 francium Inorganic materials 0.000 description 2
- KLMCZVJOEAUDNE-UHFFFAOYSA-N francium Chemical compound [Fr] KLMCZVJOEAUDNE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 2
- XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-M iodide Chemical compound [I-] XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 2
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011591 potassium Substances 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- IGLNJRXAVVLDKE-UHFFFAOYSA-N rubidium Chemical compound [Rb] IGLNJRXAVVLDKE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052701 rubidium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012047 saturated solution Substances 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 2
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- GWFAVIIMQDUCRA-UHFFFAOYSA-L Copper(II) fluoride Chemical compound [F-].[F-].[Cu+2] GWFAVIIMQDUCRA-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- XTVVROIMIGLXTD-UHFFFAOYSA-N Copper(II) nitrate Chemical compound [Cu+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O XTVVROIMIGLXTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 210000001787 Dendrites Anatomy 0.000 description 1
- 239000002000 Electrolyte additive Substances 0.000 description 1
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N Hafnium Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052765 Lutetium Inorganic materials 0.000 description 1
- RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N Propylene carbonate Chemical compound CC1COC(=O)O1 RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N Rhenium Chemical compound [Re] WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005092 Ruthenium Substances 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- QQINRWTZWGJFDB-UHFFFAOYSA-N actinium Chemical compound [Ac] QQINRWTZWGJFDB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052767 actinium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001515 alkali metal fluoride Inorganic materials 0.000 description 1
- VDAZFUUMKCQRLN-UHFFFAOYSA-N astatide Chemical compound [At-] VDAZFUUMKCQRLN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052789 astatine Inorganic materials 0.000 description 1
- RYXHOMYVWAEKHL-UHFFFAOYSA-N astatine(.) Chemical compound [At] RYXHOMYVWAEKHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021475 bohrium Inorganic materials 0.000 description 1
- GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N bromine Substances BrBr GDTBXPJZTBHREO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N bromine atom Chemical compound [Br] WKBOTKDWSSQWDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000002091 cationic group Chemical group 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 1
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052803 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 125000004093 cyano group Chemical group *C#N 0.000 description 1
- 230000001627 detrimental Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 229910021479 dubnium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021473 hassium Inorganic materials 0.000 description 1
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011630 iodine Substances 0.000 description 1
- PNDPGZBMCMUPRI-UHFFFAOYSA-N iodine Chemical compound II PNDPGZBMCMUPRI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- OHSVLFRHMCKCQY-UHFFFAOYSA-N lutetium Chemical compound [Lu] OHSVLFRHMCKCQY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 1
- 229910052762 osmium Inorganic materials 0.000 description 1
- SYQBFIAQOQZEGI-UHFFFAOYSA-N osmium Chemical compound [Os] SYQBFIAQOQZEGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 1
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 229910052702 rhenium Inorganic materials 0.000 description 1
- MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N rhodium Chemical compound [Rh] MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 description 1
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021481 rutherfordium Inorganic materials 0.000 description 1
- SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N scandium Chemical compound [Sc] SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052706 scandium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021477 seaborgium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- GKLVYJBZJHMRIY-UHFFFAOYSA-N technetium Chemical compound [Tc] GKLVYJBZJHMRIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052713 technetium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N tin hydride Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000687 transition metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium(0) Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к перезаряжаемым электрохимическим элементам. Техническим результатом является высокая удельная энергия. Электрохимический элемент имеет электролит на основе растворителя SO2. Катод (2) включает один или более элементарных переходных металлов и/или один или более частично окисленных переходных металлов. Электролит (3) на основе растворителя SO2 включает добавку галогенид-содержащей соли в качестве добавки, формирующей промежуточный слой твердого электролита (ПСТЭ). Анодный коллектор (5) тока включает покрытый углеродом металл, сплав двух или более металлов или покрытый углеродом сплав двух или более металлов. Электрохимический элемент включает избыточный нерастворенный/твердый галогенид щелочных металлов. Данные компоненты, структуры и элемент применяют в устройстве накопления энергии. 3 н. и 21 з.п. ф-лы, 6 ил., 9 пр.
Description
Область техники
Данное изобретение относится к перезаряжаемым электрохимическим элементам. В частности, данное изобретение относится к вышеупомянутым элементам, использующим новые, обеспечивающие высокую удельную энергию солевые катоды и катоды типа соль-металл, которые можно применять с электролитами на основе SO2.
Предпосылки создания изобретения
Обладающие высокими характеристиками и низкой стоимостью электрохимические элементы, например, аккумуляторы, являются предпочтительными для многих применений, например, в мобильной электронике, генерировании, распределении и транспортировании энергии. Изобретения, которые могут дополнительно улучшить характеристики элемента, являются предпочтительными для промышленности и торговли.
Краткое описание изобретения
Данное изобретение обеспечивает усовершенствование существующего уровня техники в области перезаряжаемых (вторичных) электрохимических элементов. Основы аккумуляторных элементов, использующих аноды из металлического натрия, были заложены в документе FI 20150270. Это изобретение раскрывает значительные усовершенствования в таких аспектах аккумуляторных элементов как общая структура электрохимического элемента, принципы действия и характеристики, раскрытые в данном патенте, такие как более высокое напряжение элемента и более высокая кулоновская эффективность; также это применимо для повышения характеристик источников тока на другой химической основе. Целью данного изобретения является раскрыть электрохимические элементы с высокими характеристиками, например, для вторичных высокоэнергетичных источников тока. Устройство по данному изобретению отличается тем, что представлено в формуле изобретения.
В соответствии с первым аспектом данного изобретения описан катод для перезаряжаемого электрохимического элемента. Катод можно использовать для перезаряжаемого электрохимического элемента, который собирают в заряженном состоянии, в разряженном состоянии и/или в полузаряженном (полуразряженном) состоянии. Элемент, в котором используют данный катод, может иметь электролит на основе растворителя SO2. Катод может включать один или более галогенидов щелочных металлов. Щелочной металл в одном или более галогенидов щелочных металлов может представлять собой, например, литий, натрий, калий, рубидий, цезий и/или франций. Галогенид щелочного металла из одного или более галогенидов щелочных металлов может представлять собой фторид, хлорид, бромид, иодид и/или астатид. Галогенид щелочного металла в катоде может представлять собой, например, NaF, NaCl, NaBr, NaI, LiF, LiCl, LiBr, LiI или любую их смесь. Согласно данному изобретению, возможны и другие галогениды щелочных металлов. Катод может содержать одно или более соединений переходных металлов. Один или более переходных металлов могут быть частично окисленными переходными металлами. Один или более частично окисленных переходных металлов могут быть в форме одного или более соединений частично окисленных переходных металлов. Одно или более соединений частично окисленных переходных металлов могут представлять собой один или более галогенидов частично окисленных переходных металлов. Один или более галогенидов частично окисленных переходных металлов могут принимать форму МуХ, где М - частично окисленный переходный металл, X галогенид-ион, а у представляет собой такое отношение М/Х, чтобы упомянутый переходный металл мог находиться в частично окисленном состоянии. Один или более галогенидов частично окисленных переходных металлов могут представлять собой, например, CuyBr, CuyI, CuyCl, CuyF (где у больше 0,5) или любую их смесь. Соединения переходных металлов могут быть полностью окисленными. Одно или более соединений полностью окисленных переходных металлов могут представлять собой галогениды переходных металлов. Галогениды переходных металлов могут быть полностью окисленными. Галогениды полностью окисленных переходных металлов могут представлять собой, например, CuBr2, CuI2, СuСl2, CuF2 или их комбинации. Согласно данному изобретению, возможны и другие галогениды переходных металлов (полностью окисленных или частично окисленных). Галогенид переходного металла можно использовать в чистом виде, или в дополнение к галогениду щелочного металла, или в комбинации с ним. Можно использовать галогенид щелочного металла, в чистом виде, или в дополнение к галогениду переходного металла, или в комбинации с ним. Катод может дополнительно включать один или более переходных металлов, в элементарном и/или частично окисленном виде; или смесь нескольких переходных металлов, в элементарном и/или частично окисленном виде. В дополнение к галогениду щелочного и/или переходного металла могут присутствовать один или более переходных металлов, в элементарном и/или частично окисленном виде. Элементарным переходным металлом может быть элементарная медь. Согласно данному изобретению возможно присутствие других элементарных переходных металлов. Примеры элементарных переходных металлов включают, не ограничиваясь этим, например, скандий, титан, ванадий, хром, марганец, железо, кобальт, никель, цинк, иттрий, цирконий, ниобий, молибден, технеций, рутений, родий, палладий, серебро, кадмий, лютеций, лантан, гафний, тантал, вольфрам, рений, осмий, иридий, платину, золото, ртуть, актиний, резерфордий, дубний, сиборгий, борий, хассий, мейтнерий, дармштадтий и/или рентгений. Согласно данному изобретению в качестве элементарных переходных металлов можно также рассматривать лантан, висмут, свинец, индий, олово, галлий и германий. Один или более частично окисленных переходных металлов могут быть одним или более компонентов одного или более соединений частично окисленных переходных металлов, МyА, где М представляет собой частично окисленный переходный металл, А является окислителем, а у представляет такое отношение М/А, чтобы упомянутый переходный металл мог находиться в частично окисленном состоянии. А может представлять собой, например, кислород, азот, серу, сурьму или цианид, или любую их комбинацию. Примеры соединений частично окисленных переходных металлов включают, не ограничиваясь этим, ScxA, TiyA, VyA, CryA, MnyA, FeyA, CoyA, NiyA, CuyA, ZnyA, где А может представлять собой, например, кислород (таким образом, формируя оксид), азот (таким образом формируя нитрид), серу (таким образом формируя сульфид), сурьму (таким образом формируя антимонид) или цианогруппу (таким образом формируя цианид), или любую их комбинацию. М в соединении переходного металла, МyА, может представлять собой Cu. А в соединении переходного металла, МyА, может представлять собой О. у в соединении переходного металла, МуА, может быть больше 1; в этом случае соединение переходного металла является соединением частично окисленного переходного металла. Соединение переходного металла, МyА, может представлять собой СuуО, где у больше 1; в этом случае соединение переходного металла является соединением частично окисленного переходного металла. Согласно данному изобретению возможны и другие полностью или частично окисленные переходные металлы и соединения полностью или частично окисленных переходных металлов. Катод может включать многочисленные полностью или частично окисленные переходные металлы и/или соединения полностью или частично окисленных переходных металлов, а также любые их комбинации. В свежеприготовленном состоянии катода, при сборке, мольное отношение галогенид щелочного металла: переходный металл может быть любым отношением выше 1:0. Предпочтительно отношение составляет по меньшей мере 1:1. Более предпочтительно отношение составляет от 1:1 до 5:1.
В соответствии со вторым аспектом данного изобретения, описан электролит на основе растворителя SO2, включающий добавку содержащей галогенид соли. Добавка содержащей галогенид соли может представлять собой добавку фторсодержащей соли. Добавка фторсодержащей соли может представлять собой, например, Na-ДФОБ (дифтороксалатоборат натрия), Li-ДФОБ (дифтороксалатоборат лития), Na-трифлат (трифторметансульфонат натрия), Li-трифлат (трифторметансульфонат лития) или их комбинацию. Согласно данному изобретению, возможны и другие добавки содержащих галогенид солей.
В соответствии с третьим аспектом данного изобретения, описан электролит на основе растворителя SO2, содержащий смесь электролитных солей щелочных металлов. Соли щелочных металлов могут быть электролитными солями лития и/или натрия. Электролитные соли могут включать смесь LiAlCl4 и NaAlCl4. Согласно данному изобретению возможны и другие электролитные соли щелочных металлов.
В соответствии с четвертым аспектом данного изобретения, описан анодный коллектор тока для перезаряжаемого электрохимического элемента, включающий покрытый углеродом металл, сплав двух или более металлов или покрытый углеродом сплав двух или более металлов. Покрытый углеродом металлический анодный коллектор тока может представлять собой покрытый углеродом алюминий. Коллектор тока, включающий сплав двух или более металлов, может представлять собой сплав медь-никель. Согласно данному изобретению, возможны и другие покрытые углеродом металлы. Согласно данному изобретению возможны другой сплав или сплавы.
В соответствии с пятым аспектом данного изобретения, раскрыт электрохимический элемент, включающий любой из описанных катодов по первому аспекту данного изобретения; при этом электролит, по меньшей мере частично, является электролитом на основе растворителя SO2.
В соответствии с шестым аспектом данного изобретения, раскрыт электрохимический элемент, включающий любой из описанных электролитов по второму и/или третьему аспекту данного изобретения, и/или любой из описанных катодов по первому аспекту данного изобретения, и/или любой из описанных анодных коллекторов тока по четвертому аспекту данного изобретения.
В соответствии с седьмым аспектом данного изобретения, в элемент можно добавить один или более нерастворенных/твердых галогенидов щелочных металлов. Например, в случае элемента, включающего катод, содержащий NaCl, в элемент можно добавить избыточный NaCl, который находится в твердом состоянии и не растворяется в электролите. Нерастворенный/твердый галогенид щелочного металла может представлять собой, например, NaF, NaCl, NaBr, NaI, LiF, LiCl, LiBr, LiI. Согласно данному изобретению, возможны и другие нерастворенные/твердые галогениды щелочных металлов.
В соответствии с восьмым аспектом данного изобретения, раскрыто применение любых описанных электролитов по второму и/или третьему аспектам данного изобретения, и/или любых описанных катодов по первому аспекту данного изобретения, и/или любых описанных анодных коллекторов тока по четвертому аспекту данного изобретения, в устройстве. Устройство может представлять собой, например, электронное устройство, электрическое устройство, персональное средство передвижения, систему энергоснабжения или устройство накопления энергии. Примеры электронных устройств включают, например, вычислительные устройства и средства связи. Примеры электрических устройств включают, например, электроинструменты, двигатели и роботы. Примеры персональных средств передвижения включают, например, электромобили. Примеры устройств накопления энергии включают, например, аккумуляторы, аккумуляторные батареи, накопители энергии и мощности, например, для резервного питания локальных, районных или региональных энергетических сетей, устройства бесперебойного питания. Примеры устройств энергоснабжения включают, например, стартерные батареи для двигателей. Устройство может представлять собой комбинацию электрохимического элемента по данному изобретению и одного или большего числа компонентов, использующих мощность и/или энергию, обеспечиваемые электрохимическим элементом. Устройство может представлять собой зарядное устройство, для подачи мощности и/или энергии к электрохимическому элементу.
Любой из описанных электрохимических элементов может быть собран в заряженном, полузаряженном или разряженном состоянии. При сборке в разряженном состоянии анодный коллектор тока может по существу не содержать щелочного металла. При сборке в разряженном или полузаряженном состоянии в ходе заряда на коллектор тока могут быть нанесены один или более щелочных металлов в металлической форме. Упомянутое нанесение можно проводить в ходе первого заряда элемента. Упомянутый первый заряд может быть проведен после того, как элемент собран. При сборке в заряженном или полузаряженном состоянии после сборки анодный коллектор тока может содержать осадок или слой щелочного металла.
В данном тексте под электролитом на основе растворителя SO2 понимают любой электролит для электрохимического элемента, включающий SO2 в качестве значимого компонента, который предпочтительно составляет долю по меньшей мере 10% мольн., а более предпочтительно по меньшей мере 25% мольн., более предпочтительно по меньшей мере 50% мольн. от применяемых материалов растворителя. Согласно данному изобретению, возможны и другие мольные доли SO2.
В одном из примеров воплощения элемент снабжают катодом на основе галогенидной соли щелочного металла, выбранной из NaF, LiF, NaCl, LiCl, NaBr, LiBr, NaI, LiI или их смеси. Согласно данному изобретению, возможны и другие галогениды щелочных металлов. Галогенид щелочного металла представляет собой соединение, содержащее по меньшей мере щелочной металл и галоген. Примеры щелочных металлов включают литий, натрий, калий, рубидий, цезий и франций. Примеры (галогенов) включают фтор, хлор, бром, иод и астат.
В данном тексте под катодом на основе галогенидной соли щелочного металла следует понимать любой катод для электрохимического элемента, который может включать в качестве значимого компонента одну или более галогенидных солей щелочных металлов, предпочтительно с долей по меньшей мере 1% мольн., а более предпочтительно по меньшей мере 5% мольн., более предпочтительно по меньшей мере 10% мольн., и более предпочтительно по меньшей мере 20% мольн. от используемых катодных материалов. Согласно данному изобретению, возможны и другие мольные доли галогенидных солей щелочных металлов.
Катод на основе галогенида щелочного металла можно применять в качестве активного ингредиента при сборке в разряженном состоянии, то есть когда при сборке элемент может находиться в разряженном состоянии. Такой элемент называют «элементом, собранным в разряженном состоянии». Данный катод можно применять в качестве активного ингредиента при сборке в заряженном состоянии, то есть когда при сборке элемент может находиться в заряженном состоянии. Данный катод можно применять в качестве активного ингредиента при сборке в полузаряженном (полуразряженном) состоянии, то есть когда при сборке элемент может находиться в полузаряженном или полуразряженном состоянии. В данном случае термины полузаряженный и полуразряженный являются эквивалентными. Такой элемент называют «собранным в полуразряженном состоянии» или «собранным в полузаряженном состоянии» элементом. Для повышения коэффициента полезного действия, напряжения и удельной энергии элемента можно применять дополнительные добавки, раскрытые в данном патентном описании.
В одном из примеров воплощения данного изобретения анодный коллектор тока содержит сплав. Сплав может представлять собой сплав Cu-Ni. Согласно данному изобретению, возможны и другие сплавы. Коллектор тока может также играть роль механической основы, например, для анода. Коллектор тока может играть роль механической основы в случае, когда на анодном коллекторе тока не имеется значительного количества анодного материала, например, если элемент находится в разряженном состоянии. Коллектор тока может действовать как механическая основа в случае, когда сам по себе анодный материал в элементе не обладает достаточной механической целостностью.
Неожиданно было обнаружено, что анодные коллекторы тока из сплава Cu-Ni стабильны в электролитах на основе SO2 в ходе всего зарядного цикла, даже если элемент находится в заряженном состоянии в течение продолжительных периодов времени, и таким образом могут действовать как эффективный и надежный коллектор тока/механическая основа. Важно, что нанесение Na на основу дает более гладкую поверхность, чем в случае, например, основы из чистого Ni. Это приводит к повышенной кулоновской эффективности и более длительному сроку службы элемента. Как было обнаружено, материал основы из сплава Cu-Ni пригоден даже для обратимого осаждения Li на основу, и, таким образом, это открывает возможность применения солей на основе Li в описанных аккумуляторных элементах. Возможные отношения Cu : Ni находятся в диапазоне от 10:90 до 90:10, а более предпочтительно от 20:80 до 80:20; более предпочтительно от 40:60 до 60:40, и наиболее предпочтительно это отношение равно примерно 55:45; этот сплав известен как константан. Согласно данному изобретению возможны дополнительные компоненты сплава, в дополнение к Cu и Ni или вместо них.
В одном из воплощений данного изобретения анодный коллектор тока включает металл, покрытый углеродом. Покрытый углеродом металл может представлять собой алюминий. Неожиданно было обнаружено, что анодные коллекторы тока из покрытого углеродом алюминия являются стабильными в электролитах на основе SO2 и облегчают обратимое осаждение на основу Na и Li в ходе зарядного цикла.
В одном из воплощений данного изобретения активный материал катода может включать соли на основе Li. Соответственно, электролитная соль может включать LiAlCl4. Электролит может быть на основе SO2.
Если электролит основан на SO2, соответствующий электрохимический элемент может иметь электролит на основе SO2. Состав электролита может быть описан формулой LiAlCl4*xSO2, где х предпочтительно составляет от 1 до 5, а более предпочтительно от 1,5 до 3, более предпочтительно от 1,8 до 2,2, и наиболее предпочтительно равен примерно 2. В одном из воплощений данного изобретения электролитная соль может также включать NaAlCl4. Было обнаружено, что присутствие NaAlCl4 в электролите повышает гладкость и обратимость осаждения Li. Мольное отношение LiAlCl4 : NaAlCl4 предпочтительно составляет от 10:90 до 99,999:0,001, а более предпочтительно от 90:10 до 95:5. Согласно изобретению возможны другие электролитные соли, на основе переходных металлов. Согласно изобретению возможны другие отношения электролитных солей. Согласно изобретению возможны другие комбинации верхнего и нижнего пределов отношения электролитных солей.
В одном из воплощений данного изобретения электролит может также включать, в качестве добавки, фторсодержащие соли. Добавка фторсодержащей соли может действовать как добавка, формирующая промежуточный слой твердого электролита, ПСТЭ (Solid Electrolyte Interface, SEI). Эта добавка может модифицировать ПСТЭ между анодом и электролитом. Было обнаружено, что присутствие добавки фторсодержащей соли повышает кулоновскую эффективность и увеличивает срок службы аккумуляторных элементов, раскрытых в этом изобретении. Особенно предпочтительными добавками фторсодержащих солей являются Na-ДФОБ (дифтороксалатоборат натрия), Li-ДФОБ (дифтороксалатоборат лития), Na-трифлат (трифторметансульфонат натрия) или Li-трифлат (трифторметансульфонат лития). Безотносительно к какой-либо конкретной теории, предполагают, что добавка фторсодержащей соли улучшает анодный ПСТЭ в ходе первоначального заряда катодов из галогенидов щелочных металлов. Концентрация добавки фторсодержащей соли предпочтительно составляет от 0,0001% до 5% от массы электролита, более предпочтительно от 0,1% до 3% от массы электролита и наиболее предпочтительно от 0,5% до 2% от массы электролита. Согласно данному изобретению, возможны и другие концентрации добавки фторсодержащей соли. Согласно данному изобретению возможны другие комбинации пределов концентрации добавки фторсодержащей соли.
В одном из воплощений данного изобретения раскрыт катод для перезаряжаемого электрохимического элемента, содержащий один или более галогенидов щелочных металлов и один или более переходных металлов. Это могут быть активные ингредиенты для сборки в разряженном состоянии. Галогенид щелочного металла может быть выбран из LiF, LiCl, LiBr, LiI, NaF, NaCl, NaBr, NaI или любых их смесей. Один или более переходных металлов могут представлять собой смеси или сплавы переходных металлов. В одном из воплощений изобретения переходный металл представляет собой элементарную медь. Согласно изобретению, возможны и другие галогениды щелочных металлов. Согласно изобретению возможны и другие переходные металлы и их сплавы.
Промежуточный слой твердого электролита (Solid Electrolyte Interface, SEI) может представлять собой анодный ПСТЭ или катодный ПСТЭ. В данном патентном описании ПСТЭ определяют как пленку или слой, который позволяет проходить определенным ионам, но в то же время не позволяет проходить одному или более видов других материалов/молекул. Такие заблокированные/отфильтрованные материалы могут включать материалы, которые являются реакционноспособными по отношению к электроду (аноду или катоду) или другим материалам/компонентам источника тока (например, коллекторам тока), или которые, в другом случае, оказывают вредное воздействие на электрод или электродный материал, или на другие материалы/компоненты источника тока, например, коллекторы тока или материал коллектора тока.
Во избежание неопределенных толкований, образующий и/или улучшающий ПСТЭ материал, пленка или слой представляет собой материал, пленку или слой, который сам образует ПСТЭ, действует как предшественник ПСТЭ, объединяется с существующим ПСТЭ или другим образом улучшает функционирование ПСТЭ.
Во избежание неопределенных толкований, катионопроводящий материал, пленка или слой представляет собой материал, пленку или слой, позволяющий катионам, которые могут быть, например, катионами щелочного металла, мигрировать через данный материал, пленку или слой.
Во избежание неопределенных толкований, анодный или катодный коллектор тока может также действовать как несущая конструкция/механическая основа.
В соответствии с одним из воплощений данного изобретения электрохимический элемент может включать вышеупомянутую конфигурацию катода, электролит на основе SO2, добавку к электролиту - фторсодержащую соль и/или NaAlCl4 и коллектор тока из сплава Cu-Ni на стороне анода.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 изображает поперечное сечение электрохимического элемента по данному изобретению, в заряженном состоянии или в полузаряженном состоянии, имеющего анод (1), катод (2), электролит (3), который может также включать один или более слоев (4) ПСТЭ, анодный коллектор (5) тока и/или катодный коллектор (6) тока.
Фиг. 2 изображает поперечное сечение электрохимического элемента по данному изобретению в разряженном состоянии, имеющего катод (2) и электролит (3); который может также включать один или более слоев (4) ПСТЭ, анодный коллектор (5) тока и/или катодный коллектор (6) тока.
Фиг. 3 изображает изменение среднего разрядного напряжения элемента, использующего катод на основе NaCl и основу анода из сплошной фольги металла константана. На горизонтальной оси отложено число циклов. Используемым электролитом является NaAlCl4*2SO2. Геометрическая площадь рабочего электрода составляет 2,5 см2.
Фиг. 4 изображает изменение среднего разрядного напряжения элемента, использующего катод на основе состава 2NaCl:Cu и анод из металлического Na. На горизонтальной оси отложено число циклов. Применяемым электролитом является NaAlCl4*2SO2. Геометрическая площадь рабочего электрода составляет 2,5 см2.
Фиг. 5 изображает изменение напряжения в ходе одного цикла для элемента, использующего катод на основе состава 2NaCl:Cu и анод из металлического Na. Применяемым электролитом является NaAlCl4*2SO2. Геометрическая площадь рабочего электрода составляет 2,5 см2.
Фиг. 6 изображает изменение напряжения в ходе одного цикла для элемента, использующего катод на основе состава 2LiF:Cu и анод из металлического Li.
Применяемым электролитом является LiAlCL4*2SO2 с 1% масс, добавки Li-ДФОБ. Геометрическая площадь рабочего электрода составляет 2,5 см2.
Подробное описание воплощений изобретеня
В данном патентном описании подробные воплощения данного изобретения раскрыты со ссылкой на сопровождающие чертежи. В последующих параграфах описаны усовершенствования, относящиеся к обладающим высокой удельной энергией элементам, в которых электролит основан на растворителе SO2.
Описан катод для собранного в разряженном или полузаряженном состоянии перезаряжаемого электрохимического элемента, имеющего электролит на основе растворителя SO2 и включающего один или более элементарных переходных металлов и/или один или более частично окисленных переходных металлов. По меньшей мере один из одного или более частично окисленных переходных металлов может представлять собой компонент соединения частично окисленного переходного металла. По меньшей мере одно из одного или более соединений частично окисленных переходных металлов может находиться в форме МуА, где М - частично окисленный переходный металл, А - окислитель и у такое отношение М/А, при котором упомянутый переходный металл находится в частично окисленном состоянии. По меньшей мере один из одного или более окислителей, А, может представлять собой кислород, азот, серу, сурьму или цианид, или любую их комбинацию. По меньшей мере одно из одного или более соединений частично окисленных переходных металлов может представлять собой оксид, сульфид, галогенид, цианид, нитрид или любую их комбинацию. По меньшей мере один из одного или более галогенидов переходных металлов может включать CuyBr, CuyI, CuyCl, CuyF, где у больше 0,5, или любую их комбинацию. По меньшей мере один из одного или более оксидов частично окисленных переходных металлов может включать СuуО, где у больше 1. По меньшей мере один из одного или более элементарных переходных металлов может включать Сu. Катод может дополнительно включать один или более галогенидов щелочных металлов. Один или более галогенидов щелочных металлов могут включать NaF, NaCl, NaBr, NaI, LiF, LiCl, LiBr, LiI или любую их комбинацию. Во время сборки мольное отношение галогенид щелочного металла:соединение переходного металла может быть больше, чем 1:0.
Описан электролит на основе растворителя SO2, включающий добавку соли, содержащей галогенид, в качестве образующей ПСТЭ добавки. Добавка содержащей галогенид соли может включать добавку фторсодержащей соли. Добавка фторсодержащей соли может включать Na-ДФОБ (дифтороксалатоборат натрия), Li-ДФОБ (дифтороксалатоборат лития), Na-трифлат (трифторметансульфонат натрия) или Li-трифлат (трифторметансульфонат лития), или их комбинацию.
Описан электролит на основе растворителя SO2, содержащий смесь электролитных солей щелочных металлов. Электролитные соли щелочных металлов могут представлять собой соли лития и натрия. Электролитные соли могут включать смесь LiAlCl4 и NaAlCl4.
Описан анодный коллектор тока для перезаряжаемого электрохимического элемента, имеющего электролит на основе растворителя SO2, включающий покрытый углеродом металл, сплав двух или более металлов, или покрытый углеродом сплав двух или более металлов. Покрытый углеродом металл может включать покрытый углеродом алюминий; и/или сплав включает сплав медь-никель.
Описан электрохимический элемент, имеющий по меньшей мере катод, анод и электролит; включающий любой из описанных электролитов, и/или любой из описанных катодов, и/или любой из описанных анодных коллекторов тока.
Описан электрохимический элемент, включающий по меньшей мере упомянутые анод и электролит, а также катод. Катод может включать один или более элементарных переходных металлов и/или один или более частично окисленных переходных металлов. По меньшей мере один из одного или более частично окисленных переходных металлов может представлять собой компонент соединения частично окисленного переходного металла. По меньшей мере одно из одного или более соединений частично окисленного переходного металла может быть в форме МyА, где М представляет собой частично окисленный переходный металл, А является окислителем, а у представляет собой такое отношение М/А, чтобы упомянутый переходный металл находился в частично окисленном состоянии. По меньшей мере один из одного или более окислителей, А, может представлять собой кислород, азот, серу, сурьму или цианид, или любую их комбинацию. По меньшей мере одно из одного или более соединений частично окисленных переходных металлов может представлять собой оксид, сульфид, галогенид, цианид, нитрид или любую их комбинацию. По меньшей мере один из одного или более галогенидов переходного металла может включать CuyBr, CuyI, CuyCl, CuyF, где у больше 0,5, или любую их комбинацию. По меньшей мере один из одного или более оксидов частично окисленного переходного металла может включать CuуО, где у больше 1. По меньшей мере один из одного или более элементарных переходных металлов включает Cu. Катод может дополнительно включать один или более галогенидов щелочных металлов. Один или более галогенидов щелочных металлов могут включать NaF, NaCl, NaBr, NaI, LiF, LiCl, LiBr, LiI или любую их комбинацию. Во время сборки мольное отношение галогенид щелочного металла : соединение переходного металла может быть больше 1:0. Электролит на основе растворителя SO2 может включать добавку содержащей галогенид соли в качестве образующей ПСТЭ добавки. Добавка содержащей галогенид соли может включать добавку фторсодержащей соли. Добавка фторсодержащей соли может включать Na-ДФОБ (дифтороксалатоборат натрия), Li-ДФОБ (дифтороксалатоборат лития), Na-трифлат (трифторметансульфонат натрия) или Li-трифлат (трифторметансульфонат лития), или их комбинацию. Электролит на основе растворителя SO2 может содержать смесь электролитных солей щелочных металлов. Входящие в состав электролита соли щелочных металлов могут представлять собой соли лития и натрия. Входящие в состав электролита соли включают смесь LiAlCl4 и NaAlCl4. В элемент может быть добавлен избыточный один или более нерастворенные/твердые галогениды щелочных металлов. Избыточный нерастворенный/твердый галогенид щелочного металла может включать NaF, NaCl, NaBr, NaI, LiF, LiCl, LiBr, LiI или любую их смесь. Элемент может дополнительно включать разделитель/сепаратор между анодным коллектором тока и катодом.
Описан электрохимический элемент, имеющий по меньшей мере катод, анод и электролит, включающий электролит на основе SO2; а также любой из описанных катодов и/или анодных коллекторов тока.
Описан любой из описанных электрохимических элементов, в котором в элемент добавлен один или более избыточных нерастворенных/твердых галогенидов щелочных металлов. Избыточный нерастворенный/твердый галогенид щелочного металла может включать NaF, NaCl, NaBr, NaI, LiF, LiCl, LiBr, LiI или любую их смесь. Элемент может дополнительно включать разделитель/сепаратор между анодным коллектором тока и катодом.
Описано применение в устройстве любого из описанных электролитов, любого из описанных катодов, любого из описанных анодных коллекторов тока и/или любого из описанных электрохимических элементов. Описано применение в устройстве описанного анодного коллектора тока и/или любого из описанных электрохимических элементов.
Фиг. 1 изображает поперечное сечение одного из воплощений электрохимического элемента по данному изобретению, в заряженном состоянии или в полузаряженном состоянии, имеющего анод (1), катод (2) и электролит (3), который может также включать один или более слоев (4) ПСТЭ, анодный коллектор (5) тока и/или катодный коллектор (6) тока. Элемент может дополнительно иметь разделитель и/или сепаратор (7, не показан) между любым компонентом из анода (1), анодного коллектора (5) тока, слоя ПСТЭ 4а или слоя ПСТЭ 4b, и любым компонентом из катода (2), катодного коллектора (6) тока, слоя ПСТЭ 4b, слоя ПСТЭ 4с или слоя ПСТЭ 4d. Согласно данному изобретению могут присутствовать 0, 1, 2, 3 или 4 слоев ПСТЭ.
Фиг. 2 изображает поперечное сечение одного из воплощений электрохимического элемента по данному изобретению в разряженном состоянии или полузаряженном состоянии, имеющего катод (2), электролит (3); который может также включать один или более слоев ПСТЭ (4), анодный коллектор (5) тока и/или катодный коллектор (6) тока. Элемент может дополнительно иметь разделитель и/или сепаратор (7), который в данном случае показан расположенным между слоем ПСТЭ 4а и слоем ПСТЭ 4b, но который может быть расположен между любым компонентом из анодного коллектора (5) тока, слоя ПСТЭ 4а или слоя ПСТЭ 4b и любым компонентом из катода (2), катодного коллектора (6) тока, слоя ПСТЭ 4b, слоя ПСТЭ 4с или слоя ПСТЭ 4d. Согласно данному изобретению могут присутствовать 0, 1, 2, 3 или 4 слоев ПСТЭ. Разделитель/сепаратор может служить для обеспечения пространства для увеличения размеров анода в ходе заряда. Разделитель/сепаратор может служить для физического разделения анода и катода и/или связанных с ними слоев ПСТЭ. Разделитель/сепаратор может служить для обеспечения пространства для существования электролита внутри элемента. Согласно одному из воплощений данного изобретения разделитель/сепаратор может состоять из пористого материала или материала, который другим образом содержит значительное количество пустого пространства. Предпочтительно доля пустого пространства составляет более 10%, а более предпочтительно более 20%, более предпочтительно более 40%, более предпочтительно более 60%, более предпочтительно более 70% и наиболее предпочтительно более 80%. Разделитель/сепаратор может включать любой материал, совместимый с электролитом. Разделитель/сепаратор может содержать целлюлозу и/или SiO2. Согласно данному изобретению возможны и другие материалы для разделителя/сепаратора.
Согласно данному изобретению возможны любые комбинации структур элемента, показанных на Фиг. 1 и Фиг. 2. Любые компоненты 1-7 на Фиг. 1 и Фиг. 2 могут перекрываться или взаимно смешиваться с другим компонентом по данному изобретению.
Неожиданно было обнаружено, что LiCl можно обратимо использовать в качестве активного катодного материала в аккумуляторных элементах, включая элементы, применяющие электролит типа LiAlCl4*xSO2. Катоды на основе LiCl были созданы путем введения LiCl в кристаллическую решетку на основе углерода. При циклировании таких аккумуляторных элементов с активным материалом катода на основе LiCl была получена разрядная емкость, близкая к 90% от теоретической (600 мАч/г) по отношению к массе LiCl.
В случае катода на основе LiCl, с электролитом типа LiAlCl4*xSO2, необходимое зарядное напряжение может составлять в диапазоне 4,4-4,6 В относительно электрода сравнения Li/Li+. Применение катодного материала NaCl было описано в патенте FI 20150270 в сочетании с анодной основой, облегчающей осаждение металлического Na на аноде. Известно, что эквивалентный подход в отношении осаждения металлического Li является проблематичным из-за тенденции образования дендритов при осаждении лития. Неожиданно были обнаружены несколько дополнительных способов достижения в высокой степени обратимого осаждения металлического Li без образования дендритов, даже в электролите типа LiAlCl4*xSO2. Во-первых, неожиданно было обнаружено, что сплавы Cu-Ni являются стабильными в электролитах на основе SO2 в ходе всего зарядного цикла, а также что отложение Na на основе и отложение Li на основе дает более гладкую поверхность, чем в случае Ni основы. Это приводит к повышенной кулоновской эффективности и более продолжительному сроку службы элемента. Возможные отношения Cu:Ni составляют от 10:90 до 90:10, а более предпочтительно от 20:80 до 80:20, более предпочтительно от 40:60 до 60:40, а наиболее предпочтительно отношение равно примерно 55:45; этот сплав известен как константан.
Согласно данному изобретению возможны дополнительные составляющие сплава, в дополнение к Cu и Ni или вместо них. Было обнаружно, что, в качестве альтернативы сплавам Cu-Ni, покрытые углеродом металлы и сплавы также стабильны в электролитах на основе SO2 на протяжении всего зарядного цикла, и что покрытия из Na и Li, нанесенные на основы из металлов и сплавов, покрытых углеродом, являются достаточно гладкими в этих электролитах на основе SO2 для стабильного циклирования элемента. В частности, было обнаружено, что алюминий и алюминиевые сплавы стабильны в электролитах на основе SO2 в ходе всего зарядного цикла, и осадки Na и Li на основах из покрытых углеродом металлов и сплавов являются достаточно гладкими в этих электролитах на основе SO2 для стабильного циклирования элемента. Основы на базе алюминия обладают преимуществом по сравнению со сплавами Cu-Ni из-за их более низкой стоимости и более легкой массы. Во-вторых, неожиданно было обнаружено, что присутствие в электролите натриевых солей, например, NaAlCl4, улучшает гладкость и обратимость осаждения Li. Безотносительно к какой-либо конкретной теории, содержание NaAlCl4 в электролите приводит к первоначальному осаждению гладкого металлического Na на ранней стадии заряда, что улучшает гладкость и обратимость последующего осаждения металлического Li. Возможные отношения LiAlCl4 : NaAlCl4 составляют от 10:90 до 99,999:0,001, а более предпочтительно от 90:10 до 95:5. В-третьих, было обнаружено, что присутствие добавки фторсодержащей соли повышает кулоновскую эффективность и продолжительность срока службы аккумуляторных элементов, раскрытых в этом изобретении. Безотносительно к какой-либо конкретной теории полагают, что добавка фторсодержащей соли улучшает анодный ПСТЭ в ходе начального заряда катодов из галогенида щелочного металла. Особенно предпочтительными солевыми добавками являются Na-ДФОБ (дифтороксалатоборат натрия), Li-ДФОБ (дифтороксалатоборат лития), Na-трифлат (трифторметансульфонат натрия) или Li-трифлат (трифторметансульфонат лития). Добавки фторсодержащих солей можно добавлять к электролиту предпочтительно в массовом отношении от 0,0001% до 5% масс, более предпочтительно от 0,1% до 3% масс, и наиболее предпочтительно от 0,5% до 2% масс. Три вышеупомянутые открытия можно применять индивидуально или в любой комбинации, для достижения соответствующего осаждения и циклирования металлического Li на аноде.
Катоды на основе других солей щелочных металлов можно сконструировать аналогично NaCl или LiCl, путем введения NaF, LiF, NaBr, LiBr, NaI, LiI или их смесей, соответственно, в кристаллическую решетку на основе углерода. В случае катодов на основе NaCl или LiCl при заряде в электролите генерируют смесь растворенного Сl2 и SO2Cl2. В случае катода на основе NaBr или LiBr при заряде в электролите генерируют в основном растворенный Br2, и кулоновская эффективность циклирования элемента ниже, чем в случае катода на основе NaCl или LiCl. В случае катода на основе NaI или LiI при заряде в электролите генерируют в основном растворенный I2, и кулоновская эффективность циклирования элемента также ниже, чем в случае катода на основе NaCl или LiCl. В случае катода на основе NaF или LiF при заряде в электролите генерируют смесь растворенного Сl2 и SO2Cl2, а анион AlCl4 - соли электролита соответственно преобразуется в AlCl3F-, посредством захвата F- из катодной соли. Таким образом, количество способной к заряду NaF или LiF ограничено количеством доступной соли АlCl4 - в электролите. Предпочтительные катодные материалы из галогенидов щелочных металлов основаны на NaCl/LiCl или на смеси NaCl/LiCl и NaF/LiF.
Кроме того, было обнаружено, что при добавлении некоторых переходных металлов в катод, содержащий соль щелочного металла, такие металлы облегчают захват хлорида, и/или фторида, и/или бромида, и/или иодида в ходе зарядного цикла и позволяют впоследствии осуществить в высокой степени обратимое циклирование источника тока. Безотносительно к какой-либо конкретной теории, следует понимать, что добавки таких металлов ликвидируют или уменьшают необходимость поглощения окисленного галогенида электролитом и, кроме того, открывают возможность использования катодных композиций на основе фторидов щелочных металлов. Как было обнаружено, особенно предпочтительной составляющей катода среди переходных металлов является элементарная медь. Безотносительно к какой-либо конкретной теории, предполагают, что полезная роль меди происходит из ее способности к обратимому преобразованию между элементарной медью, галогенидами меди в состоянии окисления +1, такими как CuF, CuCl, CuBr или CuI, и галогенидами меди в состоянии окисления +2, такими как CuF2, CuCl2, CuBr2 или CuI2, без восстановления до элементарной меди на аноде в электролитах на основе SO2. Фиг. 3 и 4 изображают различие напряжения элемента в зависимости от присутствия меди, подчеркивая отличие химических процессов в элементе в случае присутствия меди. Неожиданно было обнаружено, что электролиты на основе SO2 облегчают такую обратимую реакцию превращения, исходя их элементарной меди, что позволяет проводить сборку элемента в разряженном состоянии. Особенно удивительными аспектами являются высокая энергетическая эффективность полученных гальванических элементов при циклировании, которая составляет в диапазоне 90-95%, а также их очень высокая стабильность при циклировании, поскольку ранее известные гальванические элементы на основе катодов конверсионного типа страдают от низкой энергетической эффективности и быстрого снижения емкости. Фиг. 5 изображает изменение напряжения элемента, включающего катод 2NaCl:Cu и анод из металлического Na. Фиг. 6 изображает изменение напряжения элемента, включающего катод 2LiF:Cu и анод из металлического Li. Соответствующие Фиг. 6 данные по разряду элемента указывают на возможность достижения полного использования теоретической емкости катода 2LiF:Cu. Согласно данному изобретению, электролиты на основе SO2 могут включать составы NaAlCl4*xSO2 или LiAlCl4*xSO2, или любые их смеси. Активный материал катода может состоять из галогенида щелочного металла : меди, предпочтительно в диапазоне мольных отношений от 1:1 до 10:1, более предпочтительно в диапазоне мольных отношений от 1,5:1 до 3:1, и наиболее предпочтительно в диапазоне мольных отношений от 1,9:1 до 2,1:1. В случае других переходных металлов и других галогенидов щелочных металлов предпочтительное мольное отношение галогенид щелочного металла: металл может быть таким же, как в случае меди.
Альтернативным способу сборки в разряженном состоянии является способ сборки в заряженном состоянии. Например, неожиданно было обнаружено, что источники тока на основе лития можно также собирать в заряженном состоянии, используя анод, уже содержащий металлический литий, и катод, содержащий галогенид переходного металла. Переходным металлом может быть, например, медь. Согласно данному изобретению, возможны и другие переходные металлы. Например, фторид меди (CuF2) можно ввести в электропроводную кристаллическую решетку углерода, с получением катода, содержащего CuF2.
Согласно данному изобретению, возможны и другие галогениды переходных металлов. При сборке анод из металлического лития может представлять собой анодный коллектор тока, уже имеющий осадок или слой металлического лития. Элемент в заряженном состоянии способен работать с тем же электролитом, который использовали для конструкции элемента, собранного в разряженном состоянии. Согласно данному изобретению, возможны любые из описанных анодных коллекторов тока.
Примеры
Приготовление электролитов
Пример 1
Электролит NaAlCl4*2SO2 был синтезирован в соответствии с документом [1]. Электролит LiAlCl4*2SO2 был получен по такой же методике, с использованием предшественника LiCl вместо NaCl.
Пример 2
Электролит с желаемым отношением NaAlCl4:LiAlCl4 был получен путем смешивания в соответствующем отношении электролитов NaAlCl4*2SO2 и LiAlCl4*2SO2. Конкретно, для элементов на основе Li использовали отношение NaAlCl4:LiAlCl4, равное 1:10.
Пример 3
Электролит с добавкой Li-ДФОБ был приготовлен путем введения 1% масс .Li-ДФОБ в электролиты примеров 1 и 2. Электролиты с добавкой Na-ДФОБ, Li-трифлата или Na-трифлата были получены аналогичным образом.
Приготовление активного материала
Пример 4
Катоды на основе материала галогенида щелочного металла были приготовлены путем изготовления насыщенного раствора NaCl, LiCl, NaBr, LiBr, NaI или LiI в метаноле, диспергирования пористого углерода в этом насыщенном растворе и испарения растворителя. В случае NaF и LiF вместо метанола применяли пропиленкарбонат.
Пример 5
Для того, чтобы получить катодный материал на основе состава галогенид щелочного металла : медь, медь вводили в материалы Примера 4 из нитрата меди, растворенного в этаноле, в соответствии с методикой, описанной в документе [2]. Количество предшественника меди регулировали так, чтобы получить мольное отношение галогенид щелочного металла: медь, равное 2:1.
Получение положительного электрода
Пример 6
Электрод был получен из смеси 94% масс, активных материалов из Примеров 4 и 5 и 6% масс. ПТФЭ. Эту смесь напрессовывали в сухом состоянии на покрытый углеродом алюминиевый коллектор тока, согласно методике сухого прессования из работы [3].
Получение перезаряжаемых источников тока
Пример 7
Был получен перезаряжаемый источник тока на основе активного материала NaCl, имеющий анодный коллектор тока из константана, сепаратор из стеклянного микроволокна толщиной 200 микрон, который пропитывали электролитом NaAlCl4*2SO2, и катод на основе NaCl, полученный с помощью методик, описанных в Примерах 4 и 6. Изменение среднего разрядного напряжения полученного в этом примере источника тока изображено на Фиг. 3.
Пример 8
Был получен перезаряжаемый источник тока на основе активного материала с составом 2NaCl:Cu, имеющий анод из металлического Na, сепаратор из стеклянного микроволокна толщиной 200 микрон, который пропитывали электролитом NaAlCl4*2SO2, и катод на основе состава 2NaCl:Cu, полученный по методикам, описанным в Примерах 4, 5 и 6. Полученный в этом примере источник тока давал изменение среднего разрядного напряжения, изображенное на Фиг. 4; подробности изменения напряжения в ходе одного зарядно-разрядного цикла изображены на Фиг. 5.
Пример 9
Был получен перезаряжаемый источник тока на основе состава активного материала 2LiF:Cu, имеющий анод из металлического Li, сепаратор из стеклянного микроволокна толщиной 200 микрон, который пропитывали электролитом LiAlCl4*2SO2 с добавкой 1% масс. Li-ДФОБ, и катод на основе состава 2LiF:Cu, полученный с помощью методик, описанных в Примерах 4, 5 и 6. Фиг. 6 изображает изменение напряжения в ходе одного зарядно-разрядного цикла для источника тока, полученного в этом примере.
Ссылки
1. DOI: 10.1038/srepl2827
2. DOI: 10.1002/adfm.201304156
3. Патент номер DE 10 2012203019 А1
Claims (24)
1. Анодный коллектор тока для перезаряжаемого электрохимического элемента, имеющего электролит на основе растворителя SO2, включающий покрытый углеродом металл, сплав двух или более металлов или покрытый углеродом сплав двух или более металлов.
2. Анодный коллектор тока по п. 1, в котором покрытый углеродом металл включает покрытый углеродом алюминий, и/или в котором сплав включает сплав медь-никель.
3. Электрохимический элемент, имеющий по меньшей мере катод, анод и электролит; включающий анодный коллектор тока по любому из пп. 1, 2.
4. Электрохимический элемент по п. 3, в котором катод включает один или более элементарных переходных металлов и/или один или более частично окисленных переходных металлов.
5. Электрохимический элемент по п. 4, в котором по меньшей мере один из одного или более частично окисленных переходных металлов является компонентом соединения частично окисленных переходных металлов.
6. Электрохимический элемент по п. 5, в котором по меньшей мере одно из одного или более соединений частично окисленных переходных металлов имеет форму МуА, где М представляет собой частично окисленный переходный металл, А является окислителем, а у представляет собой такое отношение М/А, чтобы указанный переходный металл находился в частично окисленном состоянии.
7. Электрохимический элемент по п. 6, в котором по меньшей мере один из одного или более окислителей, А, представляет собой кислород, азот, серу, сурьму или цианид или любую их комбинацию.
8. Электрохимический элемент по любому из пп. 4-7, в котором по меньшей мере одно из одного или более соединений частично окисленного переходного металла представляет собой оксид, сульфид, галогенид, цианид, нитрид или любую их комбинацию.
9. Электрохимический элемент по п. 8, в котором по меньшей мере один из одного или более галогенидов переходных металлов включает CuyBr, CuyI, CuyCl, CuyF, где у больше 0,5, или любую их комбинацию.
10. Электрохимический элемент по любому из пп. 4-9, в котором по меньшей мере один из одного или более оксидов частично окисленных переходных металлов включает CuуО, где у больше 1.
11. Электрохимический элемент по любому из пп. 4-10, в котором по меньшей мере один из одного или более элементарных переходных металлов включает Cu.
12. Электрохимический элемент по любому из пп. 3-11, в котором катод дополнительно включает один или более галогенидов щелочных металлов.
13. Электрохимический элемент по п. 12, в котором один или более галогенидов щелочных металлов включают NaF, NaCl, NaBr, NaI, LiF, LiCl, LiBr, LiI или любую их комбинацию.
14. Электрохимический элемент по любому из пп. 12, 13, в котором, во время сборки, мольное отношение галогенид щелочного металла : соединение переходного металла составляет более 1:0.
15. Электрохимический элемент по любому из пп. 3-14, в котором электролит на основе растворителя SO2 включает добавку содержащей галогенид соли, в качестве образующей SEI добавки.
16. Электрохимический элемент по п. 15, в котором добавка содержащей галогенид соли включает добавку фторсодержащей соли.
17. Электрохимический элемент по п. 16, в котором добавка фторсодержащей соли включает Na-ДФОБ (дифтороксалатоборат натрия), Li-ДФОБ (дифтороксалатоборат лития), Na-трифлат (трифторметансульфонат натрия) или Li-трифлат (трифторметансульфонат лития) или их комбинацию.
18. Электрохимический элемент по любому из пп. 3-17, в котором электролит на основе растворителя SO2 включает смесь электролитных солей щелочных металлов.
19. Электрохимический элемент по п. 18, в котором электролитные соли щелочных металлов представляют собой электролитные соли лития и натрия.
20. Электрохимический элемент по п. 19, в котором электролитные соли включают смесь LiAlCl4 и NaAlCl4.
21. Электрохимический элемент по любому из пп. 3-20, в котором в элемент добавляют избыточный один или более нерастворенный/твердый галогенид щелочных металлов.
22. Электрохимический элемент по п. 21, в котором избыточный нерастворенный/твердый галогенид щелочного металла включает NaF, NaCl, NaBr, NaI, LiF, LiCl, LiBr, LiI или любую их смесь.
23. Электрохимический элемент по любому из пп. 3-22, в котором элемент дополнительно включает разделитель/сепаратор между анодным коллектором тока и катодом.
24. Применение анодного коллектора тока по любому из пп. 1-2 или электрохимического элемента по любому из пп. 3-23 в устройстве накопления энергии.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI20175712A FI129573B (en) | 2017-08-04 | 2017-08-04 | Improved electrochemical cells for high energy battery use |
| FI20175712 | 2017-08-04 | ||
| PCT/FI2018/050571 WO2019025663A1 (en) | 2017-08-04 | 2018-08-02 | ENHANCED ELECTROCHEMICAL ELEMENTS FOR USE IN HIGH ENERGY BATTERY |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2020108204A RU2020108204A (ru) | 2021-09-07 |
| RU2020108204A3 RU2020108204A3 (ru) | 2022-03-01 |
| RU2786089C2 true RU2786089C2 (ru) | 2022-12-16 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5145755A (en) * | 1991-08-29 | 1992-09-08 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Method of making tetrachloroaluminate + sulfur dioxide electrolytes in which hydrolysis products are removed |
| RU2402840C2 (ru) * | 2005-01-18 | 2010-10-27 | Оксис Энерджи Лимитед | Электролит и химический источник электрической энергии |
| EP2999037A1 (en) * | 2014-09-16 | 2016-03-23 | Korea Electronics Technology Institute | Positive electrode containing metal chloride and alkali metal chloride and alkali metal-ion secondary battery having the same |
| FI20150270A (fi) * | 2015-09-30 | 2016-11-15 | Broadbit Batteries Oy | Elektrokemialliset akut suurienergiseen tai suuritehoiseen akkukäyttöön |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5145755A (en) * | 1991-08-29 | 1992-09-08 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Method of making tetrachloroaluminate + sulfur dioxide electrolytes in which hydrolysis products are removed |
| RU2402840C2 (ru) * | 2005-01-18 | 2010-10-27 | Оксис Энерджи Лимитед | Электролит и химический источник электрической энергии |
| EP2999037A1 (en) * | 2014-09-16 | 2016-03-23 | Korea Electronics Technology Institute | Positive electrode containing metal chloride and alkali metal chloride and alkali metal-ion secondary battery having the same |
| FI20150270A (fi) * | 2015-09-30 | 2016-11-15 | Broadbit Batteries Oy | Elektrokemialliset akut suurienergiseen tai suuritehoiseen akkukäyttöön |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9997802B2 (en) | High energy density aluminum battery | |
| US11757128B2 (en) | Electrochemical cells for high-energy battery use | |
| US7833677B2 (en) | Nonaqueous electrolyte battery | |
| US9543616B2 (en) | Electrolyte for magnesium rechargeable battery and preparation method thereof | |
| US9023518B2 (en) | Lithium—sulfur battery with performance enhanced additives | |
| WO2012044678A2 (en) | A high energy density aluminum battery | |
| CN102084534A (zh) | 非水溶剂、使用了该非水溶剂的非水电解液以及非水系二次电池 | |
| RU2693853C1 (ru) | Водный электролитический раствор и водная литий-ионная аккумуляторная батарея | |
| EP3482443B1 (en) | Metal plating-based electrical energy storage cell | |
| CN102473986A (zh) | 非水电解质和金属空气电池 | |
| JP2017216208A (ja) | フッ化物イオン電池用電解液およびフッ化物イオン電池 | |
| JP7219462B2 (ja) | 亜鉛二次電池 | |
| KR101799693B1 (ko) | 부극 집전체, 도전화재 및 불화물 이온 전지 | |
| Samanta et al. | Recent progress on the performance of Zn-ion battery using various electrolyte salt and solvent concentrations | |
| RU2786089C2 (ru) | Улучшенные электрохимические элементы для применения в высокоэнергетичном источнике тока | |
| US10305139B2 (en) | Energy storage system | |
| JP2014072078A (ja) | 電解液用溶媒選定方法 | |
| US3898097A (en) | Secondary power cell | |
| Tan et al. | Materials and Technologies of Al-Air Batteries | |
| JP2023049469A (ja) | リチウム硫黄二次電池用正極、リチウム硫黄二次電池及びリチウム硫黄二次電池用正極の製造方法 | |
| JP2021174774A (ja) | フッ化物イオン電池用負極およびフッ化物イオン電池 | |
| JP2021022451A (ja) | フッ化物イオン電池及び非水系電解液 | |
| WO2020086524A1 (en) | Calcium-metal alloy anode materials for reversible calcium-ion batteries | |
| JP2003092135A (ja) | リチウム二次電池用電解液及びリチウム二次電池 |