一种有机电池电极及其制备方法与流程

1.本发明属于有机电池研究技术领域，具体涉及一种有机电池电极及其制备方法。


背景技术：

2.现有技术中，原电池基本都是以金属单质为负极。锌-二氧化锰原电池，是以金属锌单质为负极，二氧化锰和碳的混合物为正极制备的一种原电池。碱性锌-二氧化锰原电池，是以金属锌单质为负极，二氧化锰和碳的混合物为正极，碱性水溶液为电解液的一种原电池。镁-二氧化锰，是以金属镁单质为负极，二氧化锰和碳的混合物为正极。锌-氧化银电池，是以金属锌单质为负极，氧化银为正极。锂原电池，是以金属锂单质为负极的一种原电池。对于锌-二氧化锰原电池，金属锌单质的价格较高，且二氧化锰的随意丢弃存在环境污染的潜在风险。以金属镁单质为负极的原电池，存在镁价格较高的问题。以氧化银为正极的原电池，存在氧化银价格较高的问题。以金属锂单质为负极的原电池，存在金属锂价格较高的问题。综上所述，现有的原电池普遍存在成本较高、环境污染的问题。
3.现有技术中，二次电池大多采用无机材料作为电极，如锂蓄电池，锂离子电池等。其正电极材料大多是采用无机过渡金属氧化物，而过渡金属的矿产资源大多是不能再生，且这类电池的回收与废弃物处理存在技术难度大和成本高的问题。有机电池电极可循环再生，它的开发是解决以上问题的一个重要途径。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了解决现有的电池存在的环境污染、价格较高、不能随意丢弃、不可循环再生等问题，提供一种有机电池电极及其制备方法。
5.为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
6.一种有机电池电极，所述电极按照质量分数由3％-50％导电碳粉和50％-97％醇金属化合物组成，所述有机电池为一次电池或二次电池。
7.进一步的，所述醇金属化合物为醇钠、醇钾、醇锂、醇镁、醇钙中的一种或多种。
8.进一步的，所述醇钠为叔丁醇钠、叔戊醇钠、乙醇钠、甲醇钠、异丙醇钠、己醇钠、三氯吡啶醇钠、正丙醇钠、正丁醇钠、正戊醇钠、正庚醇钠、异丁醇钠、异戊醇钠、二级丁醇钠、三级丁醇钠、环戊醇钠、环己醇钠、烯丙醇钠、苯甲醇钠、二苯甲醇钠、三苯甲醇钠、乙二醇钠、丙二醇钠、丁二醇钠、己二醇钠、新戊二醇钠、缩二乙二醇钠、三羟甲基丙烷钠、三羟甲基乙烷钠、丙三醇钠、新戊醇钠、辛醇钠、癸醇钠、苄醇钠、苯基乙醇钠、丙炔醇钠、甲基环戊醇钠、甲基环己醇钠、庚二醇钠、3-丁烯-2-丁醇钠、4-甲基-1-环己醇钠、环己甲醇钠、环己乙醇钠、苯基乙醇钠、对甲氧基苯甲醇钠、十三醇钠、癸二醇钠、季戊四醇钠中的一种或多种。
9.进一步的，所述醇钾为叔丁醇钾、叔戊醇钾、乙醇钾、甲醇钾、异丙醇钾、己醇钾、三氯吡啶醇钾、正丙醇钾、正丁醇钾、正戊醇钾、正庚醇钾、异丁醇钾、异戊醇钾、二级丁醇钾、三级丁醇钾、环戊醇钾、环己醇钾、烯丙醇钾、苯甲醇钾、二苯甲醇钾、三苯甲醇钾、乙二醇钾、丙二醇钾、丙三醇钾、新戊醇钾、辛醇钾、癸醇钾、苄醇钾、苯基乙醇钾、丙炔醇钾、甲基环
戊醇钾、甲基环己醇钾、庚二醇钾、3-丁烯-2-丁醇钾、4-甲基-1-环己醇钾、环己甲醇钾、环己乙醇钾、苯基乙醇钾、对甲氧基苯甲醇钾、十三醇钾、癸二醇钾、季戊四醇钾、丁二醇钾、己二醇钾、新戊二醇钾、缩二乙二醇钾、三羟甲基丙烷钾、三羟甲基乙烷钾中的一种或多种。
10.进一步的，所述醇锂为叔丁醇锂、叔戊醇锂、乙醇锂、甲醇锂、异丙醇锂、己醇锂、三氯吡啶醇锂、正丙醇锂、正丁醇锂、正戊醇锂、正庚醇锂、异丁醇锂、异戊醇锂、二级丁醇锂、三级丁醇锂、环戊醇锂、环己醇锂、烯丙醇锂、苯甲醇锂、二苯甲醇锂、三苯甲醇锂、乙二醇锂、丙二醇锂、丙三醇锂、新戊醇锂、辛醇锂、癸醇锂、苄醇锂、苯基乙醇锂、丙炔醇锂、甲基环戊醇锂、甲基环己醇锂、庚二醇锂、3-丁烯-2-丁醇锂、4-甲基-1-环己醇锂、环己甲醇锂、环己乙醇锂、苯基乙醇锂、对甲氧基苯甲醇锂、十三醇锂、癸二醇锂、季戊四醇锂、丁二醇锂、己二醇锂、新戊二醇锂、缩二乙二醇锂、三羟甲基丙烷锂、三羟甲基乙烷锂中的一种或多种。
11.进一步的，所述醇镁为叔丁醇镁、叔戊醇镁、乙醇镁、甲醇镁、异丙醇镁、己醇镁、三氯吡啶醇镁、正丙醇镁、正丁醇镁、正戊醇镁、正庚醇镁、异丁醇镁、异戊醇镁、二级丁醇镁、三级丁醇镁、环戊醇镁、环己醇镁、烯丙醇镁、苯甲醇镁、二苯甲醇镁、三苯甲醇镁、乙二醇镁、丙二醇镁、丙三醇镁、新戊醇镁、辛醇镁、癸醇镁、苄醇镁、苯基乙醇镁、丙炔醇镁、甲基环戊醇镁、甲基环己醇镁、庚二醇镁、3-丁烯-2-丁醇镁、4-甲基-1-环己醇镁、环己甲醇镁、环己乙醇镁、苯基乙醇镁、对甲氧基苯甲醇镁、十三醇镁、癸二醇镁、季戊四醇镁、丁二醇镁、己二醇镁、新戊二醇镁、缩二乙二醇镁、三羟甲基丙烷镁、三羟甲基乙烷镁中的一种或多种。
12.进一步的，所述醇钙为叔丁醇钙、叔戊醇钙、乙醇钙、甲醇钙、异丙醇钙、己醇钙、三氯吡啶醇钙、正丙醇钙、正丁醇钙、正戊醇钙、正庚醇钙、异丁醇钙、异戊醇钙、二级丁醇钙、三级丁醇钙、环戊醇钙、环己醇钙、烯丙醇钙、苯甲醇钙、二苯甲醇钙、三苯甲醇锌钙、乙二醇钙、丙二醇钙、丙三醇钙、新戊醇钙、辛醇钙、癸醇钙、苄醇该、苯基乙醇钙、丙炔醇钙、甲基环戊醇钙、甲基环己醇钙、庚二醇钙、3-丁烯-2-丁醇钙、4-甲基-1-环己醇钙、环己甲醇钙、环己乙醇钙、苯基乙醇钙、对甲氧基苯甲醇钙、十三醇钙、癸二醇钙、季戊四醇钙、丁二醇钙、己二醇钙、新戊二醇钙、缩二乙二醇钙、三羟甲基丙烷钙、三羟甲基乙烷钙中的一种或多种。
13.一种上述有机电池电极的制备方法，所述方法为将导电碳粉和醇金属化合物进行搅拌混合即可。
14.本发明相对于现有技术的有益效果为：
15.(1)采用本发明的有机电池电极制备的电池，可循环再生，成本低，不含过渡金属，具有良好的放电性能。
16.(2)本发明所采用的电极材料活性物质为醇金属化合物，该化合物属于有机分子，成本低，且醇金属化合物遇到水分子能够分解，具有可降解性能。
17.(3)以醇金属化合物作为负极的一次电池，其相对应的正极是有机酸和导电碳粉的混合物，所以对应的全电池也具有可降解性和可循环性，同时因为没有锰等过渡金属，所以废弃物处理方式与其它生活废弃物处理方式相同。
18.(4)采用醇金属化合物作为负极的原电池，其电压可以达到0.9-1.4伏特，电容量可以达到70-124mah/g，且性能稳定，具备实用化的特点。
19.(5)以醇金属化合物作为电极，相对应金属作为对电极的二次电池，这里是以该种二次电池为示例，不代表对电极一定是金属，这种二次电池的电压可以达到2.4-3.9伏特，电容量可以达到142-285mah/g，循环次数可以达到2000-6500次，且性能稳定，具备实用化
的特点。
20.(6)以醇金属化合物作为有机电极材料，是本发明的主要创新点，常规的醇金属化合物是作为有机碱参与化学过程，这种酸碱反应不能够释放电子。本发明利用电池原理，将醇金属化合物作为氧化还原反应的一部分，让醇金属化合物释放电子和储存电子，最终成功制备出一次电池和二次电池，同时也为有机电极的实用化开辟了一个新的思路。
附图说明
21.图1为实施例1制备电池的放电示意图。
具体实施方式
22.下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
23.一次电池化学反应原理如下：
[0024][0025]
二次电池放电化学反应如下：
[0026][0027]
二次电池充电化学反应如下：
[0028][0029]
以上化学反应中，a代表金属元素，o代表氧元素，r1代表有机基团，r2代表有机基团，e代表电子。
[0030]
实验发现，由醇金属化合物作负极，有机酸作正极的电池结构，可以产生放电效应，这为有机电池的开发提供了基础。
[0031]
实施例1：
[0032]
在密闭环境下，将叔丁醇钠4克，叔戊醇钠3克，导电碳黑3克混合均匀，压实，作为负极；将柠檬酸7克，导电碳黑3克混合均匀，压实，作为正极；将0.05克六氟磷酸钠溶解在0.5毫升碳酸丙烯酯中，作为电解液；用滤纸作为隔膜；制备成一次电池，封口，采用恒流放电方法，放电速率为5ma/g，检测电压从1.1伏特降低至0.01伏特时的放电容量，平均放电容量为453mah，图1是放电示意图。
[0033]
实施例2：
[0034]
在密闭环境下，将异丙醇钠4克，异戊醇钠4克，导电碳黑2克混合均匀，然后压实，作为负极；将柠檬酸8克，导电碳黑2克混合均匀，然后压实，作为正极；将0.05克六氟磷酸钠溶解在0.5毫升碳酸丙烯酯中，作为电解液；用滤纸作为隔膜；制备成一次电池，封口，采用恒流放电方法，放电速率为5ma/g，检测电压从1.1伏特降低至0.01伏特时的放电容量，平均放电容量为461mah。
[0035]
实施例3：
[0036]
在密闭环境下，将异丙醇钾3克，己醇钾1克，异戊醇钾2克，导电碳黑4克混合均匀，然后压实，作为负极；将柠檬酸8克，导电碳黑2克混合均匀，然后压实，作为正极；将0.05克六氟磷酸钾溶解在0.5毫升碳酸丙烯酯中，作为电解液；用滤纸作为隔膜；制备成一次电池，封口，采用恒流放电方法，放电速率为5ma/g，检测电压从1.2伏特降低至0.01伏特时的放电容量，平均放电容量为439mah。
[0037]
实施例4：
[0038]
在密闭环境下，将叔丁醇钾5克，叔戊醇钾3克，导电碳黑2克，然后压实，作为负极；将柠檬酸8克，导电碳黑2克混合均匀，然后压实，作为正极；将0.05克六氟磷酸钾溶解在0.5毫升碳酸丙烯酯中，作为电解液；用滤纸作为隔膜；制备成一次电池，封口，采用恒流放电方法，放电速率为5ma/g，检测电压从1.2伏特降低至0.01伏特时的放电容量，平均放电容量为433mah。
[0039]
实施例5：
[0040]
在密闭环境下，将叔丁醇锂4克，叔戊醇锂4克，导电碳黑2克混合均匀，然后压实，作为负极；将正己酸7克，导电碳黑3克混合均匀，然后压实，作为正极；将0.05克六氟磷酸锂溶解在0.5毫升碳酸丙烯酯中，作为电解液；用滤纸作为隔膜；制备成一次电池，封口，采用恒流放电方法，放电速率为5ma/g，检测电压从1.2伏特降低至0.01伏特时的放电容量，平均放电容量为478mah。
[0041]
实施例6：
[0042]
在密闭环境下，将异丙醇锂3克，异戊醇锂5克，导电碳黑2克混合均匀，然后压实，作为负极；将正己酸8克，导电碳黑2克混合均匀，然后压实，作为正极；将0.05克六氟磷酸锂溶解在0.5毫升碳酸丙烯酯中，作为电解液；用滤纸作为隔膜；制备成一次电池，封口，采用恒流放电方法，放电速率为5ma/g，检测电压从1.1伏特降低至0.01伏特时的放电容量，平均放电容量为480mah。
[0043]
实施例7：
[0044]
在密闭环境下，将乙醇镁3克，异戊醇镁5克，导电碳黑2克混合均匀，然后压实，作为负极；将正己酸8克，导电碳黑2克混合均匀，然后压实，作为正极；将0.05克六氟磷酸镁溶解在0.5毫升碳酸丙烯酯中，作为电解液；用滤纸作为隔膜；制备成一次电池，封口，采用恒流放电方法，放电速率为5ma/g，检测电压从1.0伏特降低至0.01伏特时的放电容量，平均放电容量为411mah。
[0045]
实施例8：
[0046]
在密闭环境下，将正丙醇镁3克，叔丁醇镁5克，导电碳黑2克混合均匀，然后压实，作为负极；将正己酸8克，导电碳黑2克混合均匀，然后压实，作为正极；将0.05克六氟磷酸镁溶解在0.5毫升碳酸丙烯酯中，作为电解液；用滤纸作为隔膜；制备成一次电池，封口，采用
恒流放电方法，放电速率为5ma/g，检测电压从1.0伏特降低至0.01伏特时的放电容量，平均放电容量为403mah。
[0047]
实施例9：
[0048]
在密闭环境下，将异丙醇钙3克，异戊醇钙3克，导电碳黑4克混合均匀，然后压实，作为负极；将柠檬酸8克，导电碳黑2克混合均匀，然后压实，作为正极；将0.05克六氟磷酸钙溶解在0.5毫升碳酸丙烯酯中，作为电解液；用滤纸作为隔膜；制备成一次电池，封口，采用恒流放电方法，放电速率为5ma/g，检测电压从1.1伏特降低至0.01伏特时的放电容量，平均放电容量为429mah。
[0049]
实施例10：
[0050]
在密闭环境下，将叔丁醇钙5克，叔戊醇钙3克，导电碳黑2克混合均匀，然后压实，作为负极；将柠檬酸8克，导电碳黑2克混合均匀，然后压实，作为正极；将0.05克六氟磷酸钙溶解在0.5毫升碳酸丙烯酯中，作为电解液；用滤纸作为隔膜；制备成一次电池，封口，采用恒流放电方法，放电速率为5ma/g，检测电压从1.1伏特降低至0.01伏特时的放电容量，平均放电容量为453mah。
[0051]
实施例11：
[0052]
在密闭环境下，将叔丁醇钠5克，叔戊醇钠3克，导电碳黑2克混合均匀，然后压实，作为正极；将1克金属钠作为负极；将0.05克六氟磷酸钠溶解在0.5毫升碳酸丙烯酯中，作为电解液；用滤纸作为隔膜；制备成二次电池，封口，采用循环充放电，充放电速率为5ma/g，平均放电容量为464mah。
[0053]
实施例12：
[0054]
在密闭环境下，将叔丁醇锂6克，叔戊醇锂2克，导电碳黑2克混合均匀，然后压实，作为正极；将1克金属锂作为负极；将0.05克六氟磷酸锂溶解在0.5毫升碳酸丙烯酯中，作为电解液；用滤纸作为隔膜；制备成二次电池，封口，采用循环充放电，充放电速率为5ma/g，平均放电容量为484mah。
[0055]
实施例13：
[0056]
在密闭环境下，将叔丁醇钾6克，叔戊醇钾2克，导电碳黑2克混合均匀，然后压实，作为正极；将1克金属钾作为负极；将0.05克六氟磷酸钾溶解在0.5毫升碳酸丙烯酯中，作为电解液；用滤纸作为隔膜；制备成二次电池，封口，采用循环充放电，充放电速率为5ma/g，平均放电容量为444mah。