一种钼硼软硬路易斯酸协同催化碘基四电子转移的电池

本发明涉及电池制备，具体涉及一种钼硼软硬路易斯酸协同催化碘基四电子转移的电池。

背景技术：

1、随着气候恶化和环境污染等诸多问题越来越严重，特别是近几年，随着科学技术的发展，智能手机、笔记本电脑等各种电子产品对储能的要求越来越高。对高效和可持续的储能系统的需求不断增长，推动了锂离子电池以外的先进电池技术的探索，使得水系锌离子电池在储能领域备受关注。

2、金属锌作为锌基电池的负极，电位低，储量丰富，绿色无毒。这些优点使得水系锌离子电池的发展成为大势所趋，并且成为大规模储能的潜在候选者。与强酸性铅酸电池和强碱性镍氢电池相比，锌基电池多采用温和的弱酸性或中性电解液，这大大降低了对集流体和外壳等电池部件的耐腐蚀性要求。在各种水系锌离子电池配置中，可充电zn-i2水溶液电池由于具有丰富价态的碘的电化学可调性而引起了极大的关注。

3、与传统双电子转移碘电池（i-/i2）相比，具有连续氧化还原对（i-/i2/icl）的四电子转移碘电池具有更高的氧化还原电位以及理论比容量。尽管如此，四电子转移碘基电池的开发仍处于早期阶段，面临着影响稳定性和长期性能的重大挑战。在碘的电氧化过程中形成的i+会受到水的oh部分的亲核攻击而导致水解，使得四电子转移可逆性变差。与此同时，锌负极在水性电解质中的稳定循环面临着析氢、表面腐蚀和枝晶形成的挑战，这些挑战会在长期循环过程中耗尽电解。这些共同导致碘基四电子转移电池具有库伦效率低，电化学稳定性差，电池容量低等问题。因此，需要一种新型四电子转移碘基电池来解决上述问题。

技术实现思路

1、针对上述现有技术，本发明的目的是提供一种钼硼软硬路易斯酸协同催化碘基四电子转移的电池。本发明引入硼（硬路易斯酸）与钼（软路易斯酸），根据路易斯酸碱理论“硬酸-硬碱”“软酸-软碱”结合原则，协同催化促进碘离子完全四电子转移，提高反应动力学。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明的第一方面，提供一种钼硼软硬路易斯酸协同催化碘基四电子转移的电池，所述电池包括正极、负极和电解液；所述正极中含有钼硼软硬路易斯酸协同催化的正极材料；所述负极为金属锌箔；所述电解液为含有锌离子的溶液；

4、所述钼硼软硬路易斯酸协同催化的正极材料由以下方法制备：

5、（1）将硼源、钼源与活性炭混合，在惰性气氛下进行煅烧，得到钼硼软硬路易斯酸协同催化剂；

6、（2）将钼硼软硬路易斯酸协同催化剂与碘混合并研磨，加热处理后得到钼硼软硬路易斯酸协同催化的正极材料。

7、优选的，步骤（1）中，所述硼源为硼砂；所述钼源为硝酸钼。

8、优选的，步骤（1）中，所述硼源、钼源与活性炭的质量比为7：10：20；所述混合的方法包括吸附法、共沉淀法，水解法、水热法或研磨混合法。

9、优选的，步骤（1）中，所述煅烧的温度为800-1200℃，煅烧的时间为2-8小时，煅烧的升温速率为5℃/min。

10、优选的，步骤（2）中，所述钼硼软硬路易斯酸协同催化剂与碘的质量比为1：1~4。

11、优选的，步骤（2）中，所述加热处理的温度为90-120℃，加热处理的时间为6-10 h。

12、优选的，所述正极由钼硼软硬路易斯酸协同催化的正极材料、导电剂和正极材料粘结剂混合涂片得到。

13、优选的，所述正极材料粘结剂为羧甲基纤维素钠；所述导电剂为导电碳；所述钼硼软硬路易斯酸协同催化的正极材料、导电剂和正极材料粘结剂的质量比为8:1:1。

14、优选的，所述正极中钼硼软硬路易斯酸协同催化的正极材料的负载量为1-2mg·cm-2。

15、本发明的第二方面，提供上述电池在提高水系电池库伦效率、电化学稳定性和容量中的应用。

16、本发明的有益效果：

17、（1）本发明从路易斯酸碱理论入手，从设计以配位中间体的角度，解决碘基电化学反应动力学缓慢问题，思路清晰，具有理论上的创新。

18、（2）本发明引入硼（硬路易斯酸）与钼（软路易斯酸），根据路易斯酸碱理论“硬酸-硬碱”“软酸-软碱”结合原则，协同催化促进碘离子完全四电子转移，提高反应动力学。

19、（3）本发明针对碘离子四电子转移反应，实现多电子高效的转移，提高电极材料的容量，增大电池的能量密度。

技术特征：

1.一种钼硼软硬路易斯酸协同催化碘基四电子转移的电池，其特征在于，所述电池包括正极、负极和电解液；所述正极中含有钼硼软硬路易斯酸协同催化的正极材料；所述负极为金属锌箔；所述电解液为含有锌离子的溶液；

2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，步骤（1）中，所述硼源为硼砂；所述钼源为硝酸钼。

3.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，步骤（1）中，所述硼源、钼源与活性炭的质量比为7：10：20；所述混合的方法包括吸附法、共沉淀法，水解法、水热法或研磨混合法。

4.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，步骤（1）中，所述煅烧的温度为800-1200℃，煅烧的时间为2-8小时，煅烧的升温速率为5℃/min。

5.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，步骤（2）中，所述钼硼软硬路易斯酸协同催化剂与碘的质量比为1：1~4。

6.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，步骤（2）中，所述加热处理的温度为90-120℃，加热处理的时间为6-10 h。

7.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述正极由钼硼软硬路易斯酸协同催化的正极材料、导电剂和正极材料粘结剂混合涂片得到。

8.根据权利要求7所述的电池，其特征在于，所述正极材料粘结剂为羧甲基纤维素钠；所述导电剂为导电碳；所述钼硼软硬路易斯酸协同催化的正极材料、导电剂和正极材料粘结剂的质量比为8:1:1。

9.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述正极中钼硼软硬路易斯酸协同催化的正极材料的负载量为1-2mg·cm-2。

10.权利要求1~9任一项所述的电池在提高水系电池库伦效率、电化学稳定性和容量中的应用。

技术总结本发明公开了一种钼硼软硬路易斯酸协同催化碘基四电子转移的电池，属于电池制备技术领域。所述电池包括正极、负极和电解液；所述正极中含有钼硼软硬路易斯酸协同催化的正极材料；所述负极为金属锌箔；所述电解液为含有锌离子的溶液。钼硼软硬路易斯酸协同催化的正极材料的制备方法为：将硼源、钼源与活性炭混合，在惰性气氛下进行煅烧，得到钼硼软硬路易斯酸协同催化剂；将钼硼软硬路易斯酸协同催化剂与碘混合并研磨，加热处理后得到。本发明引入硼（硬路易斯酸）与钼（软路易斯酸），根据路易斯酸碱理论“硬酸‑硬碱”“软酸‑软碱”结合原则，协同催化促进碘离子完全四电子转移，提高反应动力学。技术研发人员：王冠琴,李强,张庆荣,尹金鹏,张秀梅,谢凯,韩云,丁海娟受保护的技术使用者：潍坊科技学院技术研发日：技术公布日：2024/11/4