超级储能可充电氟镁动力电池的研究发明

超级储能可充电氟镁动力电池的研究发明 一:概述: 镁是活泼轻金属,但不太容易氧化，远比金属锂不活泼，主要物性数据如下: 密度: 1.74g/cm3 熔点: 714 ? 沸点: 1412? 硬度: 2.0 电负性: 1.21 电极电位:-2.36V(vs.SHE) 理论比容量: 2.22Ah/g , 仅比锂(3.68Ah/ g)、铝(2.98A?h/ g)小,远大于锌 (0.82Ah/ g)。 我国镁资源非常丰富,储量居世界首位,具有开发镁电池的优势。 2+国内外现在报道的充电式镁电池是Mg在电池中运动，采用的电解质是烷基镁类格式试 剂，非常怕水和空气，根本无法使用。 —本发明的氟镁电池是国内外原始创新发明，是F在电池内运动。利用导电聚合物构建 电极的导电骨架和微腔，并固定纳米氟化镁形成负极，固定纳米氟化锰颗粒形成正极。本发明的关键原始创新核心技术如下: ——————————————————————————————————————————————— (1) 有机导电聚合物形成电极三维导电骨架: 采用EDOT(无色透明液体)和导电酸单体(新化合物发明)为关键原料， 和获得2000年诺贝尔奖的导电高分子相比，可任意加工为各种形状， 渗入纳米孔道。 (2) 电极物质纳米粉化技术: 50~500nm大幅降低MgF2和MnF2的电阻率，大幅 改善大电流充放电能力。 (3) 高溶解度稳定氟盐电解质: (4) 不含铁也不产生水的氧化剂 二:电池原理: 充电时，负极的MgF2得到2个电子，还原出纳米金属Mg，放出氟负离 子F—，在充电电场驱动下，向正极运动。正极的MnF2失去电子，变成Mn3+，吸收正极的F—，生成MnF3或MnF4. 放电时，负极金属镁失去电子，变成Mg2+，并吸收正极跑来的F— ，生 成MgF 2;正极的MnF3得到外电路的电子，还原为Mn2+ ，并放出F—，向负极Mg2+运动。 ——————————————————————————————————————————————— 选用F—有两个优点: (1) 由于F—离子的电化学电位最负，充电时正极上最不容易被氧化为 氟气F2。必须是Mn2+先被氧化完。 (2) F—是离子半径最小的负离子，运动的阻力会最小，从而减少运动 阻力发热，提高充放电的电能效率 2-1:正极: 纳米氟化锰 MnF2 2-2:负极: 纳米氟化镁 MgF2 2-3:电解质: 氟化钾 KF，在高介电常数溶剂中溶解度较大。 2-4:电解液: 高介电常数，高沸点，耐正极氧化 分类:默认分类 2-4:电解液: 高介电常数，高沸点，耐正极氧化 甲基膦酸四甲基二酰胺是高介电常数溶剂，对无水KF溶解度较大。由于含有大 量耗氧的磷氮，本身具有很强的阻燃能力，安全系数很高。 三:本发明氟镁电池的优势: (1) 高能量密度: 金属镁的比能量: 2.22A*h/g = ~ 53A*h/mol MgF2的比能量: 24/62* 2.22Ah/g = ~ 0.85A*h/g = ~ 850A*h/kg 镁电池能量密度: 远远超过锂电池和铅酸电池。 ——————————————————————————————————————————————— 分类:默认分类 四:技术难: (1) 导电性: 氟化镁和氟化锰导电性能不佳，需要纳米颗粒细化到50~500nm，产生隧道效应，使氟化镁和氟化锰导电性能优良，从而改进大电流放电性能 (2) 溶解性: 氟化镁和氟化锰不溶于水和有机溶剂，可以避免电极活性物质的溶解流失，但溶解性差会影响F—的脱出和嵌入速度，只能利用纳米颗粒面的活性物质，间接影响大电流放电能力。 (3) 电极晶格固化: 由于MgF2和MnF2都没有层状结构，对充放电时F—的移动非常不利，必须采用导电化合物构建骨架和纳米孔道，固定纳米氟化镁或纳米氟化锰不会移动，并提供F—运动通道。也保证电极充放电时的膨胀-收缩不会导致电极粉化。 (4) 电解液: 必须采用非水电解质，才能避免金属镁的氧化。 (5) 安全: 耐热性: EDOT有机导电聚合物材料的骨架长期加热在120? 也非常稳定。电解质氟盐也能长期耐受120?。不会出现“锂电池?80?高温下六氟磷酸锂分解产生的爆炸起火” 过充电: 一旦过充电，MnF3会继续生成MnF4和MnF5，可以吸 收过量一倍多的F—，避免导致氟气F2的生成。具有很强的耐 ——————————————————————————————————————————————— 过充电能力。即使生成的氟气也会被导电化合物固定，不会产生危害。 (6) 充放电循环性能: 循环寿命取决于以下几个条件: ?晶体长大 由于氟化镁、氟化锰、金属镁都不溶于电解 液溶剂，在被固定在导电聚合物空腔内的活性物质，除了氟离子外不会迁移，晶体难以长大。 ?电极破损: 氟离子的进出会导致纳米颗粒体积膨胀和 收缩，导电聚合物骨架通过造孔剂形成有空腔和通道，通过调节最佳的造孔剂结构和用量，形成的空腔可容纳膨胀系数。 导电聚合物骨架的老化损坏: 在没有含氧氧化剂下，最早的EDOT固体电容，富士通和三洋的固体电容产品至少使用?10年了。 ?活性物质流失: 被导电聚合物骨架固化的活性物质不会流失。 ?电极中毒 MnF2正极在超低水分下对P、N、S不会中毒 MgF2对P、N、S不会中毒 ?Mg氧化膜钝化: 在溶剂水分超过0.5%，会有明显氧化 膜 ，由于纳米氟化镁/氟化锰电极活性物质被固定，基本不会损耗和 粉化，除了过充损坏，在导电骨架的固定化后，基本能大幅提高充 放电循环，在电解质溶剂水分?1000ppm，估计能?5000次。 (7) 大电流充放电能力: 五:关键材料: ——————————————————————————————————————————————— 5-1: 导电基础材料:3,4-亚乙基二氧噻吩(EDOT) 化学结构如下: 这是拜耳发明的导电化合物单体，是目前性能最稳定的导电化合物单体，也是导电骨架的基本材料。 5-2:导电促进酸单体: 新化合物发明 5-3: 氧化剂: 六:电极结构: 将导电化合物EDOT、纳米氟化镁、造孔剂、导电交联单体、氧化剂和导电促进单体混合后，氧化聚合在铜集流板上，然后加热除去造孔剂，得到具有空隙和通道的导电聚合物骨架固定的纳米MgF2电极。这是类似高层建筑，墙壁是导电聚合物骨架，氟化镁被固定在房间里，电极结构如下: 氟化锰电极结构和制备基本相同。由于形成了导电骨架，纳米氟化镁由于纳米材料的隧道效应，电阻率大幅下降，电子从导电骨架直接击穿跃迁到氟化镁纳米颗粒。 作为电池的导电聚合物，不能含有三价铁，因此拜耳专利的EDOT/对甲苯磺酸铁氧化聚合的导电聚合物不能用于本发明的氟镁电池。在氟镁电池中，发明采用无铁的导电聚合物。 上海奥威科技开发有限公司简介】 上海奥威科技开发有限公司成立于1998年，总部位于国家级高科技园区——上海市张江高科技园区，专业从事双电层电容器及超级电容器的开发、生产和销售，是一个由专家、学者和技术人员组成的——————————————————————————————————————————————— 产、学、研一体化企业，共有员工106人，高学历技术人员占30%以上。双电层电容器作为备用电源广泛应用于各类智能仪器仪表、计算机、家用电器和电动玩具等行业。自主研发的专利产品超级电容器，是利用电化学双电层而制成的一种新型储能装置，其能量密度接近传统蓄电池的水平。主要特点是具有较高的功率密度;在配备适当充电设备的情况下，充电时间仅需几分钟甚至几秒;使用温度范围宽，可在-40,60?的范围内正常工作;充放电循环次数可达10,50万次。它有效地弥补了传统蓄电池充放 电时间长、寿命短的缺陷，属于免维护、绿色环保电源。其技术水平处于世界领先地位，产品用于各种车辆、内燃机的启动，以及轻型车、电动公交车的牵引和其它领域。 ———————————————————————————————————————————————