本发明涉及一种无膜双相锌碘电池及电解液。
背景技术：
0、技术背景
1、卤素(i-和br-)是低成本、电化学可逆、具有高溶解度的氧化还原对，也是很有前途的水系氧化还原活性物质。目前为止，具有代表性的商业化锌卤素氧化还原电池能达到kw/kwh规模。在实际应用中，由于离子交换膜无法完全阻隔正负极氧化还原物质的不可逆反应，导致无法实现极高的库伦效率和容量密度。高性能离子交换膜可以很大程度上减少离子穿梭，但是其昂贵的价格和较短的寿命极大地限制了其大规模发展。无膜电池概念的问世为解决此类问题提供了有效的解决方案。通过将正负极活性物质分别储存在互不相容的两种溶剂中，避免了两极活性物质交叉。而且，也免去了离子交换膜的使用极大地降低了电池成本也提升了电池寿命。
2、目前，能够实现大规模储能的技术之一-zn-br2电池系统，由于br2及其衍生物的扩散以及br2与水性电解质的分离，br2/br-氧化还原对的转化反应动力学相对较低。值得注意的是，溴和碘虽然都具有挥发性、腐蚀性和毒性，但固体碘的蒸气压远小于液体溴，因此碘更难逃逸到环境外。另外，zn-i2电池提供1.30v的中等输出电压，在此电压下，通过水分解的能量损失预计可以忽略不计。zn-i2电池常用的材料，碘化锌在水中溶解度可达7m(322whl-1)，因此其是一种非常有潜力的可以代替zn-br2电池的储能技术。
技术实现思路
1、本发明的目的在与克服活性物质交叉导致的容量损失，并且不同于传统有膜电池，本发明提供一种无膜双相具有高容量的锌碘电池。在本锌碘电池中充电产物i2被有机相中的络合剂封存与有机溶剂中，而锌存在于水相溶剂中，这样避免了两极活性物质交叉引起的容量损失。这种独特的电解液设计可以很大程度上抑制碘的扩散，可以实现平均17.8ah/l的高容量密度稳定循环2100h以上，平均库伦效率高达99.6％，深度循环容量可达到39.3ah/l且库伦效率在92％以上。
2、本发明是通过以下技术方案实现的。
3、本发明目的在于提供一种高容量无膜双相锌碘电池及其电解液，包括正极、负极、电池容器和双相电解液，所述电池容器设置正极和负极，所述电池容器内填充双相电解液，所述双相电解液包括水相的负极电解液和非水相的正极电解液，所述负极电解液包括水、活性物质、无机盐添加剂，所示正极电解液包括非水溶剂、正极支持电解质盐。
4、应用于上述的高容量无膜双相锌碘电池第一种电解液。其中所述负极活性物质碘化锌，浓度为0.1～6mol/l(优选0.5～3mol/l)；负极添加剂为氯化钾(kcl)，浓度为0.5～5mol/l(优选1.0～3mol/l)；正极所述非水溶剂为二氯甲烷；所述正极支持电解质盐为四甲基碘化铵(tmai)，浓度为0.1～2.5mol/l(优选0.5～2.5mol/l)。
5、应用于上述的高容量无膜双相锌碘电池第二种电解液。其中所述负极活性物质碘化锌，浓度为0.1～6mol/l(优选0.5～3mol/l)；负极添加剂为氯化钾(kcl)，浓度为0.5～5mol/l(优选1～3mol/l)；所述非水溶剂为二氯甲烷；所述正极支持电解质盐为四丁基碘化铵(tbai)，浓度为0.1～3mol/l(优选0.5～2mol/l)。
6、应用于上述的高容量无膜双相锌碘电池第三种电解液。所述负极活性物质碘化锌，浓度为0.1～6mol/l(优选0.5～3mol/l)；负极添加剂为碘化钾(ki)，浓度为0.5～5mol/l(优选1.0～3mol/l)；所述非水溶剂为二氯甲烷；所述正极支持电解质盐为四甲基碘化铵(tmai)浓度为0.1～2.5mol/l(优选0.5～2.5mol/l)。
7、应用于上述的高容量无膜双相锌碘电池第四种电解液。所述负极活性物质碘化锌，浓度为0.1～6mol/l(优选0.5～3mol/l)；负极添加剂为氯化钾(kcl)，浓度为0.5～5mol/l(优选1.0～3mol/l)；所述非水溶剂为乙腈；所述正极支持电解质盐为四甲基碘化铵(tmai)，浓度为0.1～2.5mol/l(优选0.5～2.5mol/l)。
8、所述负极使用的石墨毡，在4m硫酸中浸泡6～26h进行酸处理。
9、本发明优点：
10、首次在有机溶剂中使用碘络合剂，通过简单的双相电池原理，将正负极电解质隔开组装成无膜锌碘电池。再采用合理的电解质设计使得络合剂与碘的络合产物被封存于有机相中，避免了碘扩散到负极与锌直接接触导致的容量损失，提高了锌碘电池的容量密度和库伦效率，并且相对于有膜电池具有更加稳定的循环性能。
1.一种实现高容量的无膜双相锌碘电池及其电解液，其特征在于：包括正极、负极、电池容器和双相电解液，所述电池容器设置正极和负极，所述电池容器内填充双相电解液，所述双相电解液包括水相的负极电解液和非水相的正极电解液，所述负极电解液包括水、活性物质、添加剂，所示正极电解液包括非水溶剂、正极支持电解质盐。
2.根据权利要求1所述的一种实现高容量的无膜双相锌碘电池，其特征在于所述负极活性物质碘化锌，浓度为0.1～6mol/l(优选0.5～3mol/l)，所述非水溶剂为乙腈、氯乙烯、苯乙烯、苯、萘、二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳，所述正极支持电解质盐为四甲基碘化铵(tmai)浓度为0.1～3.0mol/l(优选0.5～2mol/l)。
3.根据权利要求1所述的一种实现高容量的无膜双相锌碘电池，其特征在于所述负极活性物质碘化锌，浓度为0.1～6mol/l(优选0.5～3mol/l)，所述非水溶剂为乙腈、氯乙烯、苯乙烯、苯、萘、二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳，所述正极支持电解质盐为四丁基碘化铵(tbai)浓度为0.1～3mol/l(优选0.5～2mol/l)。
4.根据权利要求1所述的一种实现高容量的无膜双相锌碘电池，其特征在于所述负极活性物质碘化锌，其浓度为0.1～6mol/l(优选0.5～3mol/l)，所述负极添加剂为氯化钾、碘化钾、氯化钠，其浓度为0.5～5mol/l(优选1～3mol/l)，所述非水溶剂为乙腈、氯乙烯、苯乙烯、苯、萘、二氯甲烷、三氯甲烷和四氯化碳，所述正极支持电解质盐为四丁基碘化铵(tbai)浓度为0.1～3mol/l(优选0.5～2mol/l)。
5.根据权利要求1所述的一种实现高容量的无膜双相锌碘电池，其特征在于负极石墨毡在4m硫酸溶液中浸泡了6～26h。
6.根据权利要求1所述的一种实现高容量的无膜双相锌碘电池，其特征在于在有机相中生成的充电产物碘与支持盐tmai，tbai生成疏水性多溴化物，抑制溴扩散，实现一种高容量长期稳定循环的水-有机双相无膜电池。
