本发明属于水溶液电池技术领域，更具体地，涉及一种具有宽分解电压的水溶液电解质。
背景技术：
可充电水系电池使用廉价、不可燃、绿色环保的水溶液为电解质，在大规模储能领域较非水系电池具有显著的成本和安全优势。然而，受限于水较低的分解电压(理论分解电压1.23v)，水系电池的能量密度和循环性能远不尽人如意。因此，拓宽水溶液电解质的分解电压，降低电极材料在水溶液中的溶解度，是提高水系电池能量密度和循环性能的关键。目前所报道的水溶液电解质，基本无法兼顾拓宽电解质的分解电压和提高电极在电解质中稳定性。常见的方法，如调节水溶液的ph值，可以实现降低电极材料在水溶液中的溶解性，但是无法拓宽水溶液的分解电压；在电解质中添加一定的表面活性剂，在一定程度上可以提高析氢或析氧的过电位，但是无法降低电极材料在水溶液中的溶解性。因此开发高性能的水溶液电解质是目前水系电池面临的一项严峻的挑战。
技术实现要素：
针对现有技术在拓宽电解质分解电压或提高电极在水溶液中稳定性方面存在的问题，本发明的目的在于提供一种宽分解电压的水溶液电解质，其中通过对控制该水溶液电解质中的钠离子浓度，使该电解质含有高浓度的钠离子，能够同时拓宽水溶液电解质的分解电压，并降低电极材料在该水溶液中的溶解度，该电解质尤其可用作于水系锌基电池，从而最终提高水系电池能量密度和循环性能，并且还具有制备简单、稳定性高、成本低廉、绿色环保、安全无害的特点。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种宽分解电压的水溶液电解质，其特征在于，该水溶液电解质中钠离子的浓度不低于5mol/l，其分解电压高于1.23v。
作为本发明的进一步优选，所述水溶液电解质中钠离子的浓度优选为5mol/l-25mol/l。
作为本发明的进一步优选，所述水溶液电解质中的钠离子来自钠盐，所述钠盐优选为高氯酸钠、硫酸钠、硝酸钠、三氟甲基磺酸钠、双氟磺酰亚胺钠中的一种或几种。
作为本发明的进一步优选，所述水溶液电解质中还包含锌离子，所述锌离子在该水溶液电解质中的浓度优选为0-4mol/l。
作为本发明的进一步优选，所述水溶液电解质中的锌离子来自锌盐，所述锌盐优选为三氟甲基磺酸锌、高氯酸锌、硫酸锌、乙酸锌、硝酸锌中的一种或几种。
按照本发明的另一方面，本发明提供了一种水系锌基电池，其特征在于，该水系锌基电池所采用的电解液为上述宽分解电压的水溶液电解质。
通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，由于电解液总具有高浓度的钠盐(钠离子浓度不低于5mol/l，例如可以为5mol/l-25mol/l)，能够和自由水分子杂化，降低自由水分子的活性，提高析氢和析氧过电位，从而扩宽水溶液的分解电压(分解电压要高于纯水的理论分解电压1.23v，例如可高达2.5v)。本发明中宽分解电压的水溶液电解质同时能够降低电极材料在其中的溶解性，该电解质具有较低的自由水分子活性，有利于降低电极材料在其中的溶解性，并提高材料的电化学性能。
本发明优选使用高溶解度的钠盐，即常温下在水中的溶解度不低于5mol/l的钠盐，如双氟磺酰亚胺钠在水中的溶解度极高，可以高达26mol/l，而其它常温下在水溶液中溶解度较低(尤其是低于5mol/l)的钠盐往往并不适用于本发明。再者，一般地，在高钠离子浓度的水溶液中，钠离子的离子电导率较低(小于40mscm-1)，但是本发明的高钠离子浓度的水溶液(20mol/l双氟磺酰亚胺钠或10mol/l高氯酸钠)具有较高的钠离子电导率(大于80mscm-1)。而且，一般的钠盐溶于水后显酸性(ph<5)，在一定程度上对电池的其他部件造成腐蚀；而本发明的水溶液电解质(如10mol/l高氯酸钠)偏中性(ph＝6-7)，降低了腐蚀的风险。
通过电化学测试表明，本发明中所叙述的一种具有宽分解电压的水溶液电解质具有高达2.5v的分解电压；同时正极材料在其中的自放电显著降低。本发明的电解液具有不低于2.5v的分解电压窗口、良好的稳定性、广泛的原料来源、低廉的材料成本、绿色环保、安全无害的特点。该电解质对应的制备方法简单，例如可以直接将水溶性钠盐(也可以同时包括水溶性锌盐)溶解于溶剂水中，通过控制钠离子浓度即可形成钠离子的浓度不低于5mol/l的宽分解电压的水溶液电解质(本发明所选用的钠盐也可以为弱酸盐，溶解于水后水溶液的ph值为5到7之间)，原料来源广泛，成本低廉，绿色环保，安全无害，是一种非常有应用潜力的水系电解质。
附图说明
图1为按照本发明实施例1中所制得的水系电解质中的循环伏安曲线图。
图2为按照本发明实施例1中所制得的水系电解质中正极材料的溶解现象图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例1
称量80mmolnaclo4和4mmolzn(cf3so3)2溶于去离子水，然后用容量瓶将溶液配置成8mol/lnaclo4+0.4mol/lzn(cf3so3)2的水溶液，得到本实施例1所述的一种具有宽分解电压的水溶液电解质。将制得的8mol/lnaclo4+0.4mol/lzn(cf3so3)2水溶液为电解液，钛网为工作电极，锌片为参比电解和对电极，组装成扣式电池测试其电化学性能，循环伏安曲线如图1所示。图1表明，所制得的水溶液电解质具有2.5v的分解电压。将正极材料(如na3v2(po4)2f3材料)充放到一定电压(如充到1.7v和1.9v，然后放到1.6v和0.8v)后，置于该电解液中，观察电解液变化情况，如图2所示。图2所对应的正极材料是na3v2(po4)2f3材料，具体是将该正极材料分别充电到1.7v和1.9v，然后分别放电到1.6v和0.8v；图2中的左图对应低浓度电解质，na离子浓度均为1mol/l(钠盐均采用naclo4)，zn离子浓度均为0.4mol/l(锌盐均采用zn(cf3so3)2)，左图中的四个试管分别对应不同的充电电压和/或放电电压；图2中的右图对应高浓度电解质，na离子浓度均为8mol/l(钠盐均采用naclo4)，zn离子浓度均为0.4mol/l(锌盐均采用zn(cf3so3)2)，右图中的四个试管也分别对应不同的充电电压和/或放电电压。由图2表明，所制得的水溶液电解质可以抑制电极材料的溶解；而普通低浓度钠盐的电解质，则表现出明显的溶解现象。
实施例2
称量90mmolnacf3so3和1.8mmolzn(cf3so3)2溶于去离子水，然后用容量瓶将溶液配置成9mol/lnacf3so3+0.18mol/lzn(cf3so3)2的水溶液，得到本实施例2所述的一种具有宽分解电压的水溶液电解质，分解电压可达2.7v。
实施例3
称量80mmolnaclo4和2mmolzn(clo4)2溶于去离子水，然后用容量瓶将溶液配置成8mol/lnaclo4+0.2mol/lzn(clo4)2的水溶液，得到本实施例3所述的一种具有宽分解电压的水溶液电解质，分解电压可达2.6v。
实施例4
称量200mmolna(fso2)2n和4mmolzn(cf3so3)2溶于去离子水，然后用容量瓶将溶液配置成20mol/lna(fso2)2n+0.4mol/lzn(cf3so3)2的水溶液，得到本实施例4所述的一种具有宽分解电压的水溶液电解质，分解电压可达2.8v。
实施例5
称量250mmolna(fso2)2n和2mmolzn(cf3so3)2溶于去离子水，然后用容量瓶将溶液配置成25mol/lna(fso2)2n+0.2mol/lzn(cf3so3)2的水溶液，得到本实施例5所述的一种具有宽分解电压的水溶液电解质，分解电压可达3.0v。
除了上述实施例中所使用的钠盐及锌盐种类外，本发明中的钠离子还可以来自其他水溶性钠盐和锌盐，如无机钠盐等。例如，钠盐并不限于上述实施例中的几种，可以为硝酸钠、双氟磺酰亚胺钠或者其他形式的钠盐。而且，锌盐并不限于上述实施例中的几种，可以为硫酸锌、硝酸锌，乙酸锌，或者其他形式的锌盐。再者，在水溶液电解质中，钠盐的浓度不限于上述实施例中的几种，可以根据实际需求具体选择，例如可以是5mol/l-25mol/l。另外，在水溶液电解质中，锌盐的浓度不限于上述实施例中的几种，可以根据实际需求具体选择，例如可以是0-4mol/l。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。