专利汇可以提供可充电电化学电池专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且提供 电化学 电池 ,包括 阳极 、 阴极 、和在其中的 电解 液。该阳极包含处于还原态的镁,且该阴极包括金红石结构。该金红石结构能够插入从阳极接收的镁离子,以产生 低 电压 。该 电化学电池 为可充电的。另外,该电化学电池比相关技术电化学电池更便宜、更环境友好且具有更高的体积 密度 。还提供制造方法。,下面是可充电电化学电池专利的具体信息内容。
1.电化学电池,包括:包括至少一种镁离子的第一端子材料;包括能够插入所述至少一种镁离子的具有金红石结构的第二端子材料。
2.权利要求1的电化学电池,其中所述金红石结构包括晶体结构,其包括具有式MxO2的化合物,其中M代表金属原子。
3.权利要求2的电化学电池,其中所述晶体结构为活性材料且所述的式为TiO2。
4.权利要求3的电化学电池,其中电子从所述至少一种镁离子转移到所述TiO2的Ti和O2上。
5.权利要求1的电化学电池,其中所述金红石结构为导电的和离子传导的。
6.权利要求1的电化学电池,其中所述金红石结构在所述金红石结构晶胞的八面体位置上插入所述的至少一种镁离子。
7.权利要求1的电化学电池,其中所述至少一种镁离子插入所述金红石结构的插入能量为1.81eV,且所述电化学电池电压为0.9V。
8.权利要求1的电化学电池,其中当所述金红石结构的0.0625镁离子每分子的浓度存在于所述电化学电池中时,所述金红石结构膨胀百分之一,且当所述金红石结构的0.5镁离子每分子的浓度存在于所述电化学电池中时,所述金红石结构膨胀百分之十。
9.权利要求1的电化学电池,其中当所述至少一种镁离子已插入所述金红石结构中时,该至少一种镁离子具有1.74e的电荷。
10.权利要求1的电化学电池,其中所述金红石结构包括至少一种纳米粒子和碳作为混合物。
11.权利要求10的电化学电池,其中所述至少一种纳米粒子为基本球形的且具有在100nm-1000nm之间的直径。
12.权利要求11的电化学电池,其中所述至少一种纳米粒子为基本球形的且具有100nm的直径。
13.权利要求10的电化学电池,其中所述至少一种纳米粒子为基本球形的且具有在30nm-70nm之间的直径。
14.权利要求13的电化学电池,其中所述至少一种纳米粒子为基本球形的且具有50nm的直径。
15.权利要求10的电化学电池,其中所述至少一种纳米粒子为伸长的纤维。
16.权利要求10的电化学电池,其中所述至少一种纳米粒子被还原以增加导电性。
17.权利要求1的电化学电池,其中所述第一端子材料在阳极处且所述第二端子材料在阴极处。
18.权利要求17的电化学电池,其中所述阳极包括碳纳米管、石墨结构、二硫化钛、MgZn2和MgCu2中的一种。
19.权利要求1的电化学电池,其中所述电化学电池为可充电的。
20.权利要求1的电化学电池,进一步包括电解液,其包括下列之一:(a)Mg(ClO4)2,其在(i)碳酸亚丙基酯(-(OC(O)OCH(CH3)CH2)-)溶剂和(ii)乙腈(CH3CN)溶剂中的一种中;及(b)Mg[(CF3SO2)2N]2,其在(i)具有化学式-(CH2CH2CH2CH2O)-的四氢呋喃(THF)溶剂,(ii)具有化学式(CH3)2NCHO的二甲基甲酰胺(DMF)溶剂,(iii)具有化学式-(OC(O)CH2CH2CH2)-的丁内酯溶剂,及(iv)碳酸亚丙基酯溶剂中的一种中,其中所述电解液置于所述第一端子材料和所述第二端子材料之间。
21.用于电化学电池的电极材料,其中所述电极材料具有金红石结构且能够插入至少一种镁离子。
22.权利要求21的电极材料,其中所述金红石结构包括晶体结构,其包括具有式MxO2的化合物,其中M代表金属原子。
23.权利要求21的电极材料,其中所述晶体结构为活性材料且所述的式为TiO2。
24.权利要求22的电极材料,其中电子从所述的至少一种镁离子转移到所述TiO2的Ti和O2上。
25.权利要求21的电极材料,其中所述金红石结构为导电的和离子传导的。
26.权利要求21的电极材料,其中所述金红石结构在所述金红石结构晶胞的八面体位置上插入所述的至少一种镁离子。
27.权利要求21的电极材料,其中所述至少一种镁离子插入所述金红石结构的插入能量为1.81eV,且所述电化学电池电压为0.9V。
28.权利要求21的电极材料,其中当所述金红石结构的0.0625镁离子每分子的浓度存在于所述电极材料中时,所述金红石结构膨胀百分之一,且当所述金红石结构的0.5镁离子每分子的浓度存在于所述电极材料中时,所述金红石结构膨胀百分之十。
29.权利要求21的电极材料,其中当所述至少一种镁离子已插入所述金红石结构中时,该至少一种镁离子具有1.74e的电荷。
30.权利要求21的电极材料,其中所述金红石结构包括至少一种纳米粒子和碳作为混合物。
31.权利要求30的电极材料,其中所述至少一种纳米粒子为基本球形的且具有在100nm-1000nm之间的直径。
32.权利要求31的电极材料,其中所述至少一种纳米粒子为基本球形的且具有100nm的直径。
33.权利要求30的电极材料,其中所述至少一种纳米粒子为基本球形的且具有在30nm-70nm之间的直径。
34.权利要求33的电极材料,其中所述至少一种纳米粒子为基本球形的且具有50nm的直径。
35.权利要求30的电极材料,其中所述至少一种纳米粒子为伸长的纤维。
36.权利要求30的电极材料,其中所述至少一种纳米粒子被还原以增加导电性。
37.权利要求21的电极材料,其中所述电极材料在阴极处。
38.权利要求21的电极材料,其中所述电化学电池为可充电的。
39.权利要求21的电极材料,其中从储存该至少一种镁离子的阳极材料接收该至少一种镁离子。
40.权利要求39的电极材料,其中所述阳极材料包括碳纳米管、石墨结构、二硫化钛、MgZn2和MgCu2中的一种。
41.可充电电化学电池,包括:成形以储存至少一种镁离子的阳极;及包括成形以插入所述至少一种镁离子的具有金红石结构的阴极。
42.权利要求41的可充电电化学电池,其中所述金红石结构包括晶体结构,其包括具有式MxO2的化合物,其中M代表金属原子。
43.权利要求42的可充电电化学电池,其中所述晶体结构为活性材料且所述的式为TiO2。
44.权利要求43的可充电电化学电池,其中电子从所述的至少一种镁离子转移到所述TiO2的Ti和O2上。
45.权利要求41的可充电电化学电池,其中所述金红石结构为导电的和离子传导的。
46.权利要求41的可充电电化学电池,其中所述金红石结构在所述金红石结构晶胞的八面体位置上插入所述的至少一种镁离子。
47.权利要求41的可充电电化学电池,其中所述至少一种镁离子插入所述金红石结构的插入能量为1.81eV,且所述电化学电池电压为O.9V。
48.权利要求41的可充电电化学电池,其中当所述金红石结构的O.0625镁离子每分子的浓度存在于所述可充电电化学电池中时,所述金红石结构膨胀百分之一,且当所述金红石结构的0.5镁离子每分子的浓度存在于所述可充电电化学电池中时,所述金红石结构膨胀百分之十。
49.权利要求41的可充电电化学电池,其中当所述至少一种镁离子已插入所述金红石结构中时,该至少一种镁离子具有1.74e的电荷。
50.权利要求41的可充电电化学电池,其中所述金红石结构包括至少一种纳米粒子和碳作为混合物。
51.权利要求50的电极材料,其中所述至少一种纳米粒子为基本球形的且具有在100nm-1000nm之间的直径。
52.权利要求51的电极材料,其中所述至少一种纳米粒子为基本球形的且具有100nm的直径。
53.权利要求50的电极材料,其中所述至少一种纳米粒子为基本球形的且具有在30nm-70nm之间的直径。
54.权利要求53的电极材料,其中所述至少一种纳米粒子为基本球形的且具有50nm的直径。
55.权利要求50的可充电电化学电池,其中所述至少一种纳米粒子为伸长的纤维。
56.权利要求50的可充电电化学电池,其中所述至少一种纳米粒子被还原以增加导电性。
57.权利要求41的可充电电化学电池,进一步包括电解液,其包括下列之一:(a)Mg(ClO4)2,其在(i)碳酸亚丙基酯(-(OC(O)OCH(CH3)CH2)-)溶剂和(ii)乙腈(CH3CN)溶剂中的一种中;及(b)Mg[(CF3SO2)2N]2,其在(i)具有化学式-(CH2CH2CH2CH2O)-的四氢呋喃(THF)溶剂,(ii)具有化学式(CH3)2NCHO的二甲基甲酰胺(DMF)溶剂,(iii)具有化学式-(OC(O)CH2CH2CH2)-的丁内酯溶剂,及(iv)碳酸亚丙基酯溶剂中的一种中,其中所述电解液置于所述阳极和所述阴极之间。
58.权利要求41的可充电电化学电池,其中所述阳极包括碳纳米管、石墨结构、二硫化钛、MgZn2和MgCu2中的一种。
59.制造用于电化学电池的电极材料的方法,包括下列步骤:形成具有形状和尺寸的金红石纳米粒子;及通过混合所述金红石纳米粒子形成复合物以提高所述金红石纳米粒子的导电性。
60.权利要求59的方法,其中所述形成步骤包括:将金红石粉末置于ZrO2(二氧化锆)罐中;及将所述放置的金红石粉末碾磨成纳米粒子。
61.权利要求60的方法,其中所述金红石纳米粒子的尺寸为在100nm-1000nm之间。
62.权利要求61的方法,其中所述金红石纳米粒子的尺寸为100nm。
63.权利要求60的方法,其中所述碾磨步骤包括通过行星式球磨机在500转每分钟(rpm)-1000rpm之间机械研磨所述金红石粉末3-12小时。
64.权利要求63的方法,其中所述机械研磨在700rpm下进行。
65.权利要求59的方法,其中所述形成步骤包括:将金红石粉末密封于氧气的氧分压低于0.01bar的石英管中,以产生还原气氛;在小于400摄氏度的温度下,将密封的金红石粉末进行退火持续至少6小时;及将所述退火的金红石粉末淬火到0-30摄氏度的范围内。
66.权利要求65的方法,其中所述退火的温度在300-400摄氏度之间,且所述退火的持续时间为12小时。
67.权利要求65的方法,其中所述金红石纳米粒子的尺寸为100nm。
68.权利要求59的方法,其中所述形成步骤包括:通过溶胶凝胶/水热法合成所述金红石粉末,其中使用硝酸作为催化剂,且使用乙醇稀释商品化的钛醇盐并将其加入水中,形成溶液;搅拌形成的溶液大约两小时,过滤沉淀物,并将所述过滤沉淀物加入浓硝酸溶液中直到沉淀物溶解;在低于45摄氏度下,搅拌溶解的沉淀物至少24小时,或直到金红石粉末再沉淀;及在90-100摄氏度之间,过滤并干燥所述再沉淀的金红石粉末。
69.权利要求68的方法,其中所述金红石纳米粒子的尺寸为在30nm-70nm之间。
70.权利要求69的方法,其中所述金红石纳米粒子的尺寸为50nm。
71.权利要求59的方法,其中通过x射线衍射(XRD)光谱法确认所述金红石纳米粒子的所述形成。
72.权利要求59的方法,其中所述提高步骤包括:将所述金红石纳米粒子同碳和具有化学式-(CH2CF2-n的聚偏二氟乙烯(PVDF)混合以形成具有增加的导电性的混合物;将该混合物同作为集流体的不锈钢网一起压制,以形成复合电极材料;及在真空中室温下,干燥该复合电极材料大约24小时。
相关申请的交叉引用本申请要求下列申请的优先权:在2002年10月29日提交的美国临时申请No.60/421,949,其内容在此引入作为参考。
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