【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于新型電化學電池和新能源電池領域，具體涉及一種適用于大規模儲能系統的自分層、無膜水系鋅-碘二次電池及其構造方法。
技術介紹
1、隨著低碳化社會建設的快速推進，能使可再生能源實現高效利用的電網級電能存儲系統的重要性日益突顯。可充電鋰離子電池因其技術成熟和高的能量密度而成為電網級電能存儲系統的首選。然而，由于原材料供應有限、地緣政治風險以及固有的易燃性，將鋰離子電池廣泛集成到需要具有強耐用、高安全和低成本等特點的電網級電能存儲系統中仍面臨著巨大挑戰。因此，開發新型充電電池技術，以作為鋰離子電池的可行補充或替代品具有重要意義。其中，水系鋅-碘二次電池因其卓越的安全性、生態友好性以及低的制造成本和高的能量密度，被認為是下一代綠色電網級電能存儲系統的有力競爭者之一。
2、然而，鋅-碘電池碘正極在循環過程中易產生水溶性多碘化物，導致電池面臨壽命短和自放電快等難題。為解決這一問題，大量的碘宿體材料、電解液配方、隔膜材料等被開發用于抑制多碘化物的溶解擴散。如cn118263544a的專利技術專利申請公開了一種生物質碳作為宿主材料用于靜態鋅碘電池陰極；如cn117219886a的專利技術專利申請公開了一種鋅碘電池的電解液及電池；如cn116826314a的專利技術專利申請公開了一種鋅碘電池隔膜及其電池。然而，這些方案中所描述的材料常常面臨制造成本高、工藝復雜且難以回收的問題，不利于鋅-碘電池的進一步擴大化生產準備。
3、專利cn117219886a公開了一種實現超高容量的無膜雙相鋅碘電池及其電解液，以四甲基碘化
技術實現思路
1、針對現有的無膜雙相鋅-碘電池穩定循環次數少且充放電速率緩慢等問題，本專利技術的目的在于提供一種自分層、無膜水系鋅-碘二次電池及其構造方法，通過對電池整體的全新設計，以自分層電解液在解決多碘化物穿梭問題的同時，結合一體式電極結構設計，實現高穩定(循環次數≥700次)、充電速率快(充放電電流可達9.4ma/cm2)的鋅-碘電池。
2、針對上述目的，本專利技術首先提供了一種自分層電解液，所述電解液由有機相和水相組成，所述有機相包括四丁基碘化銨、離子液體、碘和乙腈；所述水相包括硫酸鋅、硫酸鎂和去離子水。
3、硫酸鹽的引入可使水相和有機相相互分離，而有機相引入的疏水性碘鹽可通過絡合作用避免碘物質在兩相之間串擾問題。此外，離子液體的引入不僅可以提高有機相的離子電導率，且可通過鹽效應降低有機相的揮發及可燃性。結果，該自分層體系可依靠有機相中的碘正極及水相中的鋅負極間的可逆氧化還原反應實現高效、穩定的能源存儲。
4、在本專利技術的一種實施方式中，所述離子液體包括1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽、1,3-雙(2,6-二異丙基苯基)咪唑鎓氯鹽、2-氯-1,3-二甲基咪唑鎓六氟磷酸鹽、1-正-丁基-3-甲基咪唑鎓六氟磷酸鹽、n-烯丙基-2-烷基氯化吡啶鎓鹽、氯代二哌啶碳鎓六氟磷酸鹽中的至少一種。
5、在本專利技術的一種實施方式中，所述有機相和水相的體積比為1:3～6；優選1:4～5。
6、在本專利技術的一種實施方式中，所述四丁基碘化銨和離子液體的質量體積比為(0.5～1.0)g:1ml。
7、在本專利技術的一種實施方式中，所述四丁基碘化銨和乙腈的混合物與離子液體的體積比為7:3。
8、在本專利技術的一種實施方式中，所述碘與四丁基碘化銨的摩爾比為(0～1):1。
9、在本專利技術的一種實施方式中，所述硫酸鋅和硫酸鎂的摩爾比為(2～6):1。
10、在本專利技術的一種實施方式中，所述水相中硫酸鋅的質量濃度為1～3m。
11、本專利技術還提供了一種自分層電解液的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：
12、a)將四丁基碘化銨溶于乙腈，隨后將其與離子液體混合，并向其中加入碘，得到有機相電解液；
13、b)將硫酸鋅和硫酸鎂溶于去離子水，得到水相電解液；
14、c)將有機相與水相混合，即可得到自分層的電解液。
15、在本專利技術的一種實施方式中，將四丁基碘化銨溶于乙腈后，四丁基碘化銨的濃度為1～1.5m。
16、在本專利技術的一種實施方式中，四丁基碘化銨乙腈溶液與離子液體的體積比為7:3。
17、在本專利技術的一種實施方式中，在步驟a)中，碘加入后，有機相電解液中碘的濃度為0～1m。
18、在本專利技術的一種實施方式中，在步驟b)中，所述水相電解液中，硫酸鋅的濃度為1～3m，硫酸鎂的濃度為0.5～1m。
19、在本專利技術的一種實施方式中，在步驟c)中，所述有機相和水相的體積比為1:3～6；優選1:4～5。
20、本專利技術還公開了一種包含上述自分層電解液的水系鋅-碘二次電池。
21、在本專利技術的一種實施方式中，所述電池包括正極集流體、正極電流導線、負極集流體、負極電流導線、電池外殼及自分層電解液；所述自分層電解液填充于電池內部，所述正極電流導線與正極集流體相連，所述負極電流導線與負極集流體相連，所述負極電流導線從所述正極集流體中穿過，并與所述正極電流導線一起引出至電池外殼外部，所述負極電流導線與正極集流體以及正極電流導線之間未直接接觸并保持絕緣狀態，所述正極集流體與負極集流體之間未接觸，并保持絕緣狀態。
22、正極集流體和正極電流導線可引導電池正極電流輸入/輸出；述負極集流體和負極電流導線可引導電池負極電流輸入/輸出；自分層電解液則提供活性物質并實現電池內部電流傳遞。
23、在本專利技術的一種實施方式中，所述正極集流體為石墨氈；所述正極電流導線為耐腐蝕的鈦或不銹鋼；所述負極集流體為鋅；所述負極電流導線為銅線；所述電池外殼為pet塑料外殼。
24、本專利技術還公開了一種上述水系鋅-碘二次電池的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：
25、a)將鋅打孔并連接至帶絕緣皮銅線末端；
26、b)將石墨氈插入上述連接有鋅的銅線上，并避免鋅和石墨氈直接接觸；
27、c)將正極導線從銅線與石墨氈接口插入至石墨氈底部，并避免鈦線和鋅或銅線接觸，完成一體式電極的制備；
28、d)將自分層電解液加入具有一體式電極的電池中；
29、e)完成加液后，將銅線及鈦線引導至電池外殼外部，并對電池進行密封，即可完成自分層、無膜水系鋅-碘二次電池的構筑。
30、有益效果：
31、(1)本專利技術電池的電解液由有機相和水相構成，其中有機相由四丁基碘化銨、1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽和碘溶于乙腈中制成，水相由硫酸鋅和硫酸鎂和去離子水中組成。本專利技術的本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種自分層電解液，其特征在于，所述電解液由有機相和水相組成，所述有機相由四丁基碘化銨、離子液體、碘和乙腈組成，所述碘與四丁基碘化銨的摩爾比為(0～1):1；所述水相由硫酸鋅、硫酸鎂和去離子水組成，所述有機相和水相的體積比為1:3～6。
2.根據權利要求1所述的自分層電解液，其特征在于，所述四丁基碘化銨和離子液體的質量體積比為(0.5～1.0)g:1mL，所述四丁基碘化銨和乙腈的混合物與離子液體的體積比為7:3；所述離子液體包括1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽、1,3-雙(2,6-二異丙基苯基)咪唑鎓氯鹽、2-氯-1,3-二甲基咪唑鎓六氟磷酸鹽、1-正-丁基-3-甲基咪唑鎓六氟磷酸鹽、N-烯丙基-2-烷基氯化吡啶鎓鹽、氯代二哌啶碳鎓六氟磷酸鹽中的至少一種。
3.根據權利要求1所述的自分層電解液，其特征在于，所述硫酸鋅和硫酸鎂的摩爾比為(2～6):1，所述水相中硫酸鋅的質量濃度為1～3M。
4.一種根據權利要求1～3中任一項所述的自分層電解液的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
5.根據權利要求4所述的制備方法，在步驟a)中，將四
6.根據權利要求4所述的制備方法，在步驟b)中，所述水相電解液中，硫酸鋅的濃度為1～3M，硫酸鎂的濃度為0.5～1M。
7.一種包含權利要求1～3中任一項所述自分層電解液的水系鋅-碘二次電池。
8.根據權利要求7所述的水系鋅-碘二次電池，其特征在于，所述電池包括正極集流體、正極電流導線、負極集流體、負極電流導線、電池外殼及自分層電解液；所述自分層電解液填充于電池內部，所述正極電流導線與正極集流體相連，所述負極電流導線與負極集流體相連，所述負極電流導線從所述正極集流體中穿過，并與所述正極電流導線一起引出至電池外殼外部，所述負極電流導線與正極集流體以及正極電流導線之間未直接接觸并保持絕緣狀態，所述正極集流體與負極集流體之間未接觸，并保持絕緣狀態。
9.根據權利要求8所述的水系鋅-碘二次電池，其特征在于，所述正極集流體為石墨氈；所述正極電流導線為耐腐蝕的鈦或不銹鋼；所述負極集流體為鋅；所述負極電流導線為銅線；所述電池外殼為PET塑料外殼。
10.一種按照權利要求7～9中任一項所述的水系鋅-碘二次電池的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
...【技術特征摘要】
1.一種自分層電解液，其特征在于，所述電解液由有機相和水相組成，所述有機相由四丁基碘化銨、離子液體、碘和乙腈組成，所述碘與四丁基碘化銨的摩爾比為(0～1):1；所述水相由硫酸鋅、硫酸鎂和去離子水組成，所述有機相和水相的體積比為1:3～6。
2.根據權利要求1所述的自分層電解液，其特征在于，所述四丁基碘化銨和離子液體的質量體積比為(0.5～1.0)g:1ml，所述四丁基碘化銨和乙腈的混合物與離子液體的體積比為7:3；所述離子液體包括1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽、1,3-雙(2,6-二異丙基苯基)咪唑鎓氯鹽、2-氯-1,3-二甲基咪唑鎓六氟磷酸鹽、1-正-丁基-3-甲基咪唑鎓六氟磷酸鹽、n-烯丙基-2-烷基氯化吡啶鎓鹽、氯代二哌啶碳鎓六氟磷酸鹽中的至少一種。
3.根據權利要求1所述的自分層電解液，其特征在于，所述硫酸鋅和硫酸鎂的摩爾比為(2～6):1，所述水相中硫酸鋅的質量濃度為1～3m。
4.一種根據權利要求1～3中任一項所述的自分層電解液的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
5.根據權利要求4所述的制備方法，在步驟a)中，將四丁基碘化銨溶于乙腈后，四丁基碘化銨的濃度為1～1.5m，...
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