一種添加二茂鐵的鈉空氣電池及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電化學技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種于鈉空氣電池(Na-air)電池及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于傳統(tǒng)的能源利用方式造成資源短缺、環(huán)境污染、溫室效應(yīng)等一系列問題，使得人們迫切需要開發(fā)以傳統(tǒng)能源為基礎(chǔ)的新型燃料電池。金屬空氣電池以空氣中的氧氣作為正極活性物質(zhì)，金屬作為負極活性物質(zhì)，氧氣通過氣體擴散電極到達氣-固-液三相界面與金屬反應(yīng)而放出電能。若在空氣中使用，電池的正極材料在理論上是無限的，因此使電池具有能量密度高、性能穩(wěn)定的特點。此類空氣電池充分利用空氣中的氧氣，價格便宜而且對環(huán)境無污染，因此備受人們關(guān)注。
與鋰空氣電池相比，鈉空氣電池放電過程中生成的NaO2,電池極化小。而且地球上鈉的儲量豐富，所以鈉空氣電池有望成為新一代供電體系。但是，在實際實驗研宄中發(fā)現(xiàn)，在一般環(huán)境中鈉空氣電池放電產(chǎn)物為Na2O2,放電電位大概在2.33V，而充電電位很高。本發(fā)明通過向鈉空氣電池電解液中添加二茂鐵lmM/L-500mM/L，可以降低電池極化并極大的延長電池壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種循環(huán)性能優(yōu)良的鈉空氣電池及其制備方法。
[0004]本發(fā)明提供的鈉空氣電池，以碳材料為正極，鈉塊(Na)為負極，電解液為碳酸酯類或醚類電解液，其中添加有二茂鐵(Fe (C5H5)2X本鈉空氣電池為管式電池，其結(jié)構(gòu)如圖1所不O
[0005]本發(fā)明提出的鈉空氣電池循環(huán)次數(shù)可達百次以上。經(jīng)研宄表明二茂鐵(Fe (C5H5)2)可以減小電池的極化并大幅度延長鈉空氣電池循環(huán)壽命，目前為止并沒有關(guān)于二茂鐵在鈉空氣電池中應(yīng)用的報道。
[0006]本發(fā)明提供的二茂鐵鈉空氣電池，其制備具體步驟為:
步驟1，正極制備:碳材料置于70°C -100°c下烘24h-48h，然后分散在無水乙醇中，將碳材料復(fù)合到泡沫鎳上，置于70°C _100°C下真空干燥24h-48h，得到碳材料與泡沫鎳復(fù)合物，作為正極材料；
步驟2，電解液制備:電解質(zhì)(高氯酸鈉或六氟磷酸鈉等)于90°C _120°C下真空干燥24h-48h，醚類或碳酸酯類用分子篩除水后配置0.1M/L -1M/L電解液，往電解液中添加二茂鐵，二茂鐵濃度范圍為lmM/L-500mM/L ；
步驟3，組裝電池:將上述碳材料正極，與添加二茂鐵的醚類或碳酸酯類電解液以及鈉負極組裝成管式電池。
[0007]本發(fā)明中，所述碳材料為碳納米管、石墨烯或者氮化石墨烯等。
[0008]本發(fā)明中，所述電解質(zhì)為高氯酸鈉或六氟磷酸鈉等。
[0009]本發(fā)明中，二茂鐵直接添加到鈉空氣電池電解液中。電化學性能測試采用兩電極組成的電池系統(tǒng)，其中，含碳材料用作空氣電極，高純鈉塊用作負極，電解液為醚類或碳酸酯類電解液。電池裝配在充滿干燥空氣的手套箱內(nèi)進行。電池的充放電實驗在藍電(Land)電池測試系統(tǒng)上進行。
[0010]本發(fā)明中，添加二茂鐵后的鈉空氣電池具有良好的充放電性能。第一次充放電反應(yīng)的放電平臺出現(xiàn)在2.1V (相對于Na+/Na)，充電平臺在3.1-3.2V (相對于Na+/Na)，而且在之后的各次充放電過程中，充放電平臺變化很小，在放電容量100mAh g4下可以進行百次以上循環(huán)，電池極化大幅度下降。上述性能表明，二茂鐵是一類新型添加劑，可以應(yīng)用于鈉空氣電池。
【附圖說明】
[0011]圖1為實施例1鈉空氣電池管式結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖2為實施例0.05M 二茂鐵條件下，鈉空氣電池以CNT/泡沫Ni為空氣電極，IMNaC104/DME為電解液，在放電容量為100mAh g—1下的充放電曲線。
[0013]圖3為實施例0.1OM 二茂鐵條件下，鈉空氣電池以CNT/泡沫Ni為空氣電極，IMNaC104/DME為電解液，在放電容量為100mAh g—1下的充放電曲線。
[0014]圖4為實施例0.50M 二茂鐵條件下，鈉空氣電池以CNT/泡沫Ni為空氣電極，IMNaC104/DME為電解液，在放電容量為100mAh g—1下的充放電曲線。
【具體實施方式】
[0015]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0016]實施例1
如圖1所示，本發(fā)明提供的含二茂鐵的鈉空氣電池包含:含碳材料用作空氣電極，高純鈉塊用作負極，電解液為醚類或碳酸酯類電解液。
[0017]將上述含碳材料作為正極，與添加二茂鐵的電解液以及鈉負極組裝成管式電池。二茂鐵的鈉空氣電池在放電容量為100mAh g4時放電電壓平臺約2.1V，循環(huán)可達百次以上，放電曲線見附圖2和圖3，圖4。
[0018]因此，二茂鐵是一類新型添加劑，可以應(yīng)用于鈉空氣電池。
[0019]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種添加二茂鐵的鈉空氣電池，其特征在于，以碳材料為正極，鈉塊為負極，電解液為碳酸酯類或醚類電解液，其中添加有二茂鐵。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二茂鐵的鈉空氣電池，其特征在于，單體電池為管式結(jié)構(gòu)。
3.一種如權(quán)利要求1-2之一所述的二茂鐵鈉空氣電池的制備方法，其特征在于，具體步驟為: 步驟1，正極制備:碳材料置于70°C _100°C下烘24h-48h，然后分散在無水乙醇中，將碳材料復(fù)合到泡沫鎳上，置于70°C _100°C下真空干燥24h-48h，得到碳材料與泡沫鎳復(fù)合物，作為正極材料； 步驟2，電解質(zhì)制備:電解質(zhì)高氯酸鈉或六氟磷酸鈉于90°C _120°C下真空干燥24h-48h，醚類或碳酸酯類用分子篩除水后配置0.1M/L -1M/L電解液，往電解液中添加二茂鐵，二茂鐵濃度范圍為lmM/L-500mM/L ； 步驟3，組裝電池:將上述碳材料正極，與添加二茂鐵的醚類或碳酸酯類電解液以及鈉負極組裝成管式電池。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的二茂鐵鈉空氣電池的制備方法，其特征在于所述碳材料為碳納米管、石墨烯或者氮化石墨烯。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的二茂鐵鈉空氣電池的制備方法，其特征在于所述電解質(zhì)為高氯酸鈉或六氟磷酸鈉。
【專利摘要】本發(fā)明屬于電化學技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種添加二茂鐵的鈉空氣電池及其制備方法。該電池包含碳材料正極，鈉塊（Na）負極，碳酸酯類或醚類為電解質(zhì)。本發(fā)明所提出的添加二茂鐵的鈉空氣電池，在25℃，放電容量為1000mAh g-1條件下，可以循環(huán)230次，是一種新型的液態(tài)催化劑空氣電池。二茂鐵在電解質(zhì)中溶解性好，在充電過程中，F(xiàn)e(C5H5)2（Ⅱ）可以被氧化成Fe(C5H5)2+（Ⅲ），進而與放電產(chǎn)物Na2O2發(fā)生化學反應(yīng)，從而降低電池極化，大幅度改善鈉空氣電池的循環(huán)性能。
【IPC分類】H01M12-08
【公開號】CN104810573
【申請?zhí)枴緾N201510129005
【發(fā)明人】尹文文, 傅正文
【申請人】復(fù)旦大學
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2015年3月21日