摘 要

钠/金属氯化物电池又称作ZEBRA电池，传统的ZEBRA电池由β"-Al₂O₃固体电解质（BASE）和NaAlCl₄ 熔盐电解质协同使用。由于二者工作温度较高，使传统的ZEBRA电池在较高的温度范围内运行，高温运行降低了ZEBRA电池的效率。据此，本文将构建一种新型的中温ZEBRA电池体系，Na(1)/β"-(s)/离子液体/NaCl/ MCl₂。以室温离子液体(IL)代替NaAlCl₄ 熔盐电解质，降低电池运行温度，然后根据离子电解液选择出最优电极材料，结合预处理后的BASE组装成中温ZEBRA电池，进行电化学性能测试，研究中温ZEBRA电池电化学性能，并通过对比实验初步探究S添加剂对中温ZEBRA电池的性能影响。

关键词：中温ZEBRA电池 β"-Al₂O₃固体电解质 离子液体 S添加剂

Abstract

Sodium / metal chloride battery, also called as ZEBRA battery.Traditional ZEBRA battery use beta "alumina solid electrolyte (BASE) and NaAlCl₄ as molten salt electrolyte . Due to their high working temperature, traditional the zebra battery run in the high temperature range, which reduces the efficiency of the zebra battery. Accordingly, this paper will construct a new temperature zebra battery system, Na (1) / β"-Al₂O₃(s) / IL/NaCl/ MCl₂. In order to drop low battery operating temperature ,the ionic liquid will instead of NaAlCl₄ molten salt electrolyte .Then we will choice an optimal electrode materials according to the ionic liquid. Finally,combined with the BASE and assembled into the new ZEBRA battery which can run in room temperature. After finished a performance test, we are able to study electrochemical performance of the new ZEBRA battery. And through the contrast experiment preliminary ,analyzing the impact about the elemental of sulfur to the new ZEBRA battery .

KEYWORDS:Intermediate temperature ZEBRA cell; β"-Al2O3 solid electrolyte； Ionic liquid electrolyte; additive of sulfur

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 5

1.1引言 5

1.2钠/金属氯化物(ZEBRA)电池 6

1.2.1钠/金属氯化物(ZEBRA)电池简介 6

1.2.2 高温ZEBRA电池 6

1.2.3室温ZEBRA电池 8

1.3 ZEBRA电池关键材料简述 8

1.3.1 β"-Al₂O₃固体电解质^[10-11] 8

1.3.2离子液体电解质 10

1.4 S添加剂 11

1.5 ZEBRA电池的研究进展^[15-16] 12

1.6 本论文研究的内容和意义 13

第二章 实验仪器及研究方法 14

2.1 前言 14

2.2 实验试剂及设备简介 14

2.1.1 实验试剂 14

2.2.2 实验设备 15

2.3 材料的表征 15

2.3.1 固体电解质预处理方法 15

2.3.2 XRD分析 15

2.4 材料的电化学性能分析 16

2.4.1 前言 16

2.4.2 三电极体系 16

2.4.3 循环伏安测试 16

2.4.4 交流阻抗 17

2.4.5 全电池充放电性能测试 18

第三章 中温ZEBRA电池的制备 19

3.1 固体电解质的预处理 19

3.1.1 β"-Al₂O₃陶瓷管主要参数 19

3.1.2 BASE预处理^[17] 19

3.2 电解液的制备及表征 19

3.2.1 离子电解液的制备^[18] 19

3.2.3 电极材料的确定 20

3.3电池电极制备 22

3.3.1 泡沫铜简介^[19] 22

3.3.2 电极制备流程 22

3.4全电池 22

3.4.1 组装电池 22

3.4.2 全电池化学性能测试 23

3.5 本章小结 24

第四章 硫添加剂对中温Na/CuCl₂电池性能影响 25

4.1 添加硫后电池性能测试及分析 25

4.2 S添加剂的作用分析 26

4.3 电池失效分析 26

4.3.1 引言 26

4.3.2 电解质分析 26

4.3.3 BASE结构分析 27

4.4 本章小结 28

第五章 实验结论与展望 29

5.1 实验结论 29

5.2 展望 29

参考文献 30

致 谢 32

第一章 绪论

1.1引言

随着人类社会的发展，地球上的人口的不断增加，自然资源变得越来越紧张，而由于各国工业化发展中造成大量资源的浪费和环境的破坏，如今社会环境问题和能源紧缺问题突出。随着人们环保意识的提高，以可再生能源代替石油等传统矿物能源的呼声越来越高，风能、太阳能等新能源以其清洁，可再生，廉价等诸多优点受到全球广泛开发利用。但是，太阳能和风能等新能源发电会不同条件的受到天气和气候影响，以至于无法提供连续稳定的电能。这个时候人们就迫切需要一种清洁高效、节能环保的化学电源和储能装置，它可以将不稳定和不连续的电力进行收集，再在使用时将储存的能量连续释放，达到特定的使用要求。因此，完善的储能技术显得尤为重要。

目前，世界上的储能方式主要有三种^[1]，物理储能、电化学储能和电磁储能，而电化学储能技术在国际上最为成熟，应用最广，被认为是未来储能技术的主要方向之一。电池是一种将化学能直接转化成为电能的装置，从发明到现在已经有几百年的历史，各种各样的电池在我们的日常生活和社会发展中发挥着重要的作用。电池可被划分为一次和二次电池(按照能否进行再次充放电划分），其实，一次电池就是电池电量用完后不能被再被使用，以此类推，二次电池就是可以进行电能和化学能的互相转化，除此之外，还可以在放电后再次充电，然后多次使用，是可以一种可以用来有效储存能源的工具。

钠电池也是一种二次电池，以其特有的优势成为社会研究热点，钠存量成本低廉，含量非常为丰富，除此之外Na/Na 标准电势低，以钠为负极的钠电池具有高存储效率，长循环寿命，高能量密度，便于维护还有技术成熟等很多优点，近年来受到各国不同程度的关注和研究。在国外，钠电池的研究进展非常快速，特别在近几年来，钠电池已成为商业化的最大规模储能技术，而在我国，钠电池的研究和应用与国外发达国家仍然有非常大的差距。不过随着我国研究人员的对钠电池关注度的提高，相信在不久的将来，钠电池在我国的电能储存技术中一定会凸显其优势和重要性，得到广泛应用。

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