一种氢气固态二次电池

本发明涉及电池储能的，特别是涉及一种氢气固态二次电池。

背景技术：

1、质子由于具有最小的离子半径、最轻的摩尔质量、高的离子电导率及可持续性等优势，因此质子作为离子载体组成的质子电池成为了目前研究的热点。到目前为止，虽然一些正极和负极材料已经被证明能够在酸性的电解液中稳定地存储质子。然而，使用这些电极材料组装全电池时，具有的倍率和循环性能往往还低于其他水系金属离子电池体系，主要原因是酸性电解液容易破坏电极结构和腐蚀电池的集流体。因此，探索性能优异的固态质子全电池，充分发挥质子电极的优势，对其实际应用具有极其重要的意义。

2、固态电解质是一种固体离子导体电解质，分为全固态电解质和准固态电解质，全固态电解质分为固体电解质、固体聚合物电解质和复合聚合物电解质；其中固体聚合物电解质通过与聚合物链的取代基相互作用来传导离子，而准固态电解质主要在溶剂或增塑剂中传到离子，不会对电极结构和腐蚀电池的集流体造成破坏，因此，探索性能优异的固态质子全电池，充分发挥质子电极的优势，对其实际应用具有极其重要的意义。

3、氢气，因其在催化剂作用下发生的氢气氧化与还原反应表现出低过电位和长循环稳定性，而被认为是一种非常有前景的负极。另外，氢气电极在酸溶液中极其稳定，且只有质子参与电化学反应，展示出快速的反应动力学，是一种天然的质子电池。综上，开发廉价的固态电解质构建氢气固态二次电池具有十分重要的意义和价值。现有的研究中，酸性电解液加粘土(mg2h2(sio3)3·3.0h2o，h2al2o6si·1.19h2o，h4al2o9si2·0.32h2o)被证实可有效作为质子电池的固态电解质，但是目前还没有文献或专利报道，将酸性电解液加粘土(mg2h2(sio3)3·3.0h2o，h2al2o6si·1.19h2o，h4al2o9si2·0.32h2o)用于新型的氢气固态二次电池。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供一种氢气固态二次电池，以解决上述存在的技术问题。

2、本发明提供一种氢气固态二次电池，其结构为：包括livpo4f正极、h2负极、酸性电解液加粘土的固态电解质和负极催化剂pt/c。

3、进一步的，所述酸性电解液为h3po4或h2so4。

4、进一步的，所述黏土为海泡石mg2h2(sio3)3·3.0h2o、膨润土h2al2o6si·1.19h2o和膨润土h4al2o9si2·0.32h2o中的一种或两种。

5、进一步的，所述的livpo4f正极的具体制备方法为：将含量为99.9％钒源、磷酸源和lif按照化学摩尔计量比混合在球磨机中球磨0.5～2h，随后在300℃氩气氛围下处理3～6h，自然冷却后，研磨30分钟，最后放入管式炉中800℃氩气氛围煅烧8～10h，即获得的材料为livpo4f。

6、进一步的，所述钒源为v2o3、v2o5、vo2、v3o7和v6o13中的一种或两种。

7、进一步的，所述磷酸源为nh4h2po4h和(nh4)2hpo4中的一种或两种。

8、进一步的，所述酸性电解液的浓度为10％～85％。

9、进一步的，所述酸性电解液和粘土的质量比例为1：5。

10、进一步的，所述负极催化剂pt/c中pt占总质量分数的15％～50％。

11、进一步的，所述固态电解质为酸性电解液加粘土。

12、本发明的有益效果在于：可适用于大规模电池储能领域；该电池的livpo4f正极应用于新型氢气固态二次电池体系，酸性电解液加粘土[mg2h2(sio3)3·3.0h2o，h2al2o6si·1.19h2o，h4al2o9si2·0.32h2o]的固态电解质首次应用于新型氢气固态二次电池体系，新型的氢气固态二次电池具有优异的循环稳定性、高倍率性能和低温性能，另外其制备简单、耗能少、成本低、不受资源限制、绿色环保，易于实现产业化。

技术特征：

1.一种氢气固态二次电池，其特征在于：该电池包括livpo4f正极、h2负极、酸性电解液加粘土的固态电解质和负极催化剂pt/c。

2.根据权利要求1所述的一种氢气固态二次电池，其特征在于：所述酸性电解液为h3po4或h2so4。

3.根据权利要求1所述的一种氢气固态二次电池，其特征在于：所述黏土为mg2h2(sio3)3·3.0h2o、h2al2o6si·1.19h2o和h4al2o9si2·0.32h2o中的一种或两种。

4.根据权利要求1所述的一种氢气固态二次电池，其特征在于：所述的livpo4f正极的具体制备方法为：将含量为99.9％钒源、磷酸源和lif按照化学摩尔计量比混合在球磨机中球磨0.5～2h，随后在300℃氩气氛围下处理3～6h，自然冷却后，研磨30分钟，最后放入管式炉中800℃氩气氛围煅烧8～10h，即获得的材料为livpo4f。

5.根据权利要求4所述的一种氢气固态二次电池，其特征在于：所述钒源为v2o3、v2o5、vo2、v3o7和v6o13中的一种或两种；所述磷酸源为nh4h2po4h和(nh4)2hpo4中的一种或两种。

6.根据权利要求1所述的一种氢气固态二次电池，其特征在于：所述酸性电解液的浓度为10％～85％。

7.根据权利要求1所述的一种氢气固态二次电池，其特征在于：所述酸性电解液和粘土的质量比例为1：5。

8.根据权利要求1所述的一种氢气固态二次电池，其特征在于：所述负极催化剂pt/c中pt占总质量分数的15％～50％。

技术总结
一种氢气固态二次电池，涉及电池储能的技术领域，其结构为：该电池包括LiVPO<subgt;4</subgt;F正极、H<subgt;2</subgt;负极、酸性电解液加粘土的固态电解质和负极催化剂Pt/C，酸性电解液为H<subgt;3</subgt;PO<subgt;4</subgt;或H<subgt;2</subgt;SO<subgt;4</subgt;；黏土为Mg<subgt;2</subgt;H<subgt;2</subgt;(SiO<subgt;3</subgt;)<subgt;3</subgt;·3.0H<subgt;2</subgt;O、H<subgt;2</subgt;Al<subgt;2</subgt;O<subgt;6</subgt;Si·1.19H<subgt;2</subgt;O和H<subgt;4</subgt;Al<subgt;2</subgt;O<subgt;9</subgt;Si<subgt;2</subgt;·0.32H<subgt;2</subgt;O中的一种或两种。本发明的有益效果在于可适用于大规模电池储能领域；该电池的LiVPO<subgt;4</subgt;F正极应用于新型氢气固态二次电池体系，酸性电解液加粘土[Mg<subgt;2</subgt;H<subgt;2</subgt;(SiO<subgt;3</subgt;)<subgt;3</subgt;·3.0H<subgt;2</subgt;O，H<subgt;2</subgt;Al<subgt;2</subgt;O<subgt;6</subgt;Si·1.19H<subgt;2</subgt;O，H<subgt;4</subgt;Al<subgt;2</subgt;O<subgt;9</subgt;Si<subgt;2</subgt;·0.32H<subgt;2</subgt;O]的固态电解质首次应用于新型氢气固态二次电池体系，新型的氢气固态二次电池具有优异的循环稳定性、高倍率性能和低温性能，另外其制备简单、耗能少、成本低、不受资源限制、绿色环保，易于实现产业化。

技术研发人员：刘雅静,崔香
受保护的技术使用者：青海师范大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13