用于包括金属燃料的电化学电池的杂离子芳族添加剂的制作方法

技术特征：

1.一种电化学电池，其包括：

i.包含金属燃料的燃料电极，

ii.第二电极，

iii.连通所述电极的离子传导介质，所述离子传导介质包含具有芳族官能团的杂离子芳族添加剂，其中所述离子传导介质是电解质水溶液；

所述燃料电极和所述第二电极在放电模式下是可操作的，其中所述金属燃料在充当阳极的所述燃料电极处被氧化，从而产生从所述燃料电极通过负载传导到所述第二电极的电子。

2.根据权利要求1所述的电化学电池，其是原电池。

3.根据权利要求1所述的电化学电池，其是蓄电池。

4.根据权利要求3所述的电化学电池，其还包括充电电极和所述离子传导介质内的可还原的金属燃料离子；所述燃料电极和所述充电电极在充电式下是可操作的，其中当在所述充电电极和所述燃料电极之间施加电流时，所述可还原的金属燃料离子被还原，并在所述充当阴极的燃料电极上电沉积为可氧化形式的金属燃料。

5.根据权利要求4所述的电化学电池，其中所述燃料电极包括一系列间隔布置的可渗透电极本体；其中在所述电化学电池的充电过程中：在充电电极充当阳极，且至少一个所述可渗透电极本体充当阴极的情况下，在所述充电电极和至少一个所述可渗透电极本体之间施加电化学电流，使得所述可还原的金属燃料离子被还原，并在至少一个所述可渗透电极本体上电沉积为可氧化形式的金属燃料；

所述电沉积导致所述可渗透电极本体之间的生长，使得所述电沉积的金属燃料在所述可渗透电极本体之间建立电连接。

6.根据权利要求3所述的电化学电池，其中所述燃料电极包括多个间隔开的用于通过电沉积接收金属燃料的可渗透电极本体，其中所述电沉积导致所述可渗透电极本体之间的生长，使得所述电沉积的金属燃料在所述可渗透电极本体之间建立电连接。

7.根据权利要求1所述的电化学电池，其中所述电解质水溶液是碱性的。

8.根据权利要求7所述的电化学电池，其中所述电解质水溶液含氢氧化钾。

9.根据权利要求1所述的电化学电池，其中所述杂离子芳族添加剂被添加至所述电解质水溶液且具有根据下式的结构：

其中A代表可选自下组的电荷中心：季铵、环铵、多环铵、季鏻、环鏻、多环鏻、膦嗪、环膦嗪、多环膦嗪，及其衍生物；

其中R代表可选自下组的有机连接键：(C1-C20)直链烷基、支链烷基、芳基、烷基氨基、吡啶基、吡咯基、亚氨基、吡啶基吡嗪基、嘧啶基、噻吩基、噻唑基，及其衍生物；和

其中B代表可选自下组的芳族基团：苯、吖丙因、二吖丙因、氮杂环丁二烯、吡咯、咪唑、吡唑、三唑、吡啶、吡嗪、二嗪、三嗪、吖庚因、二吖庚因、吖辛因、1-磷杂环戊-2,4-二烯、磷苯、噁唑、噻吩，及其衍生物。

10.根据权利要求1所述的电化学电池，其中所述杂离子芳族添加剂具有根据下式的结构：

其中A代表可选自下组的电荷中心：季铵、环铵、多环铵、季鏻、环鏻、多环鏻、膦嗪、环膦嗪、多环膦嗪，及其衍生物；

其中R1代表提供相对于电荷中心A的β碳原子而没有β质子的支链连接键，其可选自：支链烷基、芳基、新戊基、叔丁醇，及其衍生物；

其中R2代表包含至少两个碳原子的有机连接键，其可选自：(C1-C20)直链烷基、支链烷基、芳基、烷基氨基、吡啶基、吡咯基、亚氨基、吡啶基吡嗪基、嘧啶基、噻吩基、噻唑基，及其衍生物；和

其中B代表可选自下组的芳族基团：苯、吖丙因、二吖丙因、氮杂环丁二烯、吡咯、咪唑、吡唑、三唑、吡啶、吡嗪、二嗪、三嗪、吖庚因、二吖庚因、吖辛因、1-磷杂环戊-2,4-二烯、磷苯、噁唑、噻吩及其衍生物。

11.根据权利要求1所述的电化学电池，其中所述杂离子芳族添加剂具有根据下式的结构：

12.根据权利要求1所述的电化学电池，其中所述杂离子芳族添加剂具有根据下式的结构：

13.根据权利要求1所述的电化学电池，其中所述杂离子芳族添加剂具有根据下式的结构：

14.根据权利要求1所述的电化学电池，其中所述杂离子芳族添加剂具有根据下式的结构：

15.根据权利要求1所述的电化学电池，其中所述杂离子芳族添加剂具有根据下式的结构：

16.根据权利要求1所述的电化学电池，其中所述杂离子芳族添加剂具有根据下式的结构：

17.根据权利要求1所述的电化学电池，其中所述杂离子芳族添加剂具有根据下式的结构：

18.根据权利要求1所述的电化学电池，其中所述杂离子芳族添加剂浓度为0.0001mol/L至0.4mol/L。

19.根据权利要求1所述的电化学电池，其中所述金属燃料是锌。

20.根据权利要求1所述的电化学电池，其中所述杂离子芳族添加剂牢固地吸附在包含所述金属燃料的所述燃料电极上。

21.根据权利要求1所述的电化学电池，其中所述杂离子芳族添加剂抑制所述金属燃料的腐蚀。

22.根据权利要求3所述的电化学电池，其中所述杂离子芳族添加剂控制所述金属燃料电沉积物的形态。

23.根据权利要求3所述的电化学电池，其中所述杂离子芳族添加剂使在边缘或角落处的金属燃料电沉积物的优先镀层最小化。

24.根据前述权利要求任一项所述的电化学电池，其中所述金属燃料是锌且所述离子传导介质还包含铟盐添加剂。

25.根据权利要求24所述的电化学电池，其中所述杂离子芳族添加剂是1-苄基-4-氮杂-1-氮鎓二环[2,2,2]辛烷氢氧化物且所述铟盐添加剂是氯化铟。

26.一种用于操作前述权利要求任一项所述的电化学电池的方法，

其中所述方法包括通过以下步骤使所述电化学电池放电：

i.在充当阳极的所述燃料电极处氧化所述金属燃料，从而产生从所述燃料电极通过负载传导到所述第二电极的电子；和

ii.使所述燃料电极和所述第二电极与所述负载断开，以中断放电。

27.根据权利要求26所述的方法，其中所述电化学电池还包括充电电极和所述离子传导介质中的可还原的金属燃料离子；

其中所述方法还包括通过以下步骤给所述电化学电池充电：

i.在所述充电电极和充当阴极的所述燃料电极之间施加电流，使得可还原的金属燃料离子被还原，并在所述燃料电极上电沉积为可氧化形式的金属燃料；和

ii.切断所述电流以中断所述充电。