提高金属基电池能量密度的双电解质方法
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求2019年12月26日递交的题为“提高水系金属基电池的能量密度的双电解质方法”的美国临时申请62/953,674的权益，该临时申请全文通过引用结合于此，用于所有目的。
3.关于政府资助的研究或开发的声明
4.无
背景技术：5.例如电网、电动汽车、太阳能电池、不间断电源等一系列应用都需要像电池这样的储能系统。锂离子电池和铅酸电池目前占据市场主导地位；但是，它们价格昂贵、易燃且含有有毒元素。水系金属基阳极系统(aqueous based metal anode system)，如锌(zn)-阳极电池在体积和重量能量密度上可以与锂和铅竞争。这些电池通常作为一次电池在市场上出售，因为它们由于其活性物质在完全放电后是不可逆的，只能使用一次。
技术实现要素：6.在一些实施方式中，双电解质电池包括阴极、阳极、与阴极接触的阴极电解质，和与阳极接触的阳极电解质。所述阴极电解质包括第一凝胶电解质溶液，所述阳极电解质包括第二凝胶电解质溶液。阳极电解质中的电解质浓度高于阴极电解质中的电解质浓度。
7.在一些实施方式中，双电解质电池包括阴极、阳极、与阴极接触的阴极电解质，和与阳极接触的阳极电解质。所述阴极电解质包括第一凝胶电解质溶液，所述阳极电解质包括第二凝胶电解质溶液。所述第一凝胶电解质溶液和所述第二凝胶电解质溶液包括氢氧化物，并且所述阳极电解质中的氢氧化物的浓度高于所述阴极电解质中的氢氧化物的浓度。
8.在一些实施方式中，形成双电解质电池的方法包括：设置与阴极接触的阴极电解质，设置与阳极接触的阳极电解质，以及在阳极电解质和阴极电解质之间设置至少一个隔离件或缓冲层。阴极电解质包括第一凝胶电解质溶液，阳极电解质包括第二凝胶电解质溶液。阳极电解质中的氢氧化物的浓度高于阴极电解质中的氢氧化物的浓度。
9.从以下结合所附权利要求的详细描述中将更清楚地理解这些特征和其他特征。
附图说明
10.现在参照以下结合附图的简要描述和详细描述来更完整地理解本公开及其优点，其中相同的附图标记表示相同的部件。
11.图1示出了锌粉的离子电导率、氧化锌溶解度和放气速率与koh浓度的关系图。
12.图2示出了在不同koh浓度下，mno2和zn电极的开路电压(ocv)。
13.图3a至图3d示出了根据一些实施方式的双电解质mno2|锌电池的示意图。
14.图4示出了聚合过程后koh浓度变化的图。用丙烯酸中和使得koh浓度降低。
15.图5示出了不同koh浓度下凝胶化的时间。
16.图6示出了在10％的koh水性溶液中，以理论单电子容量(308mah/g)的40％的利用率循环的mno2电极的电位-时间曲线。
17.图7示出了在pge中循环的锌电极的电位-时间曲线。
18.图8示出了在低浓度pge中的mno2阴极和在获得100％的理论单电子容量(308mah/g)的高浓度pge中的zn阳极的全电池放电性能。
19.图9示出了在低浓度pge中的mno2阴极和在获得40％的理论单电子容量(308mah/g)的高浓度pge中的zn多孔阳极的全电池循环性能。
20.图10示出了在混合有石墨的低浓度pge中的mno2阴极和在获得40％的理论单电子容量(308mah/g)的高浓度pge中的zn阳极的全电池循环性能。
21.图11示出了在低浓度pge中的mno2阴极和在获得40％的理论单电子容量(308mah/g)的高浓度pge中的zn网孔阳极的全电池循环性能。
具体实施方式
22.在本公开中，术语“负电极”和“阳极”都用于表示“负极”。同样，术语“正电极”和“阴极”都用于表示“正电极”。单独提及“电极”可以指阳极、阴极或这两者。提及术语“一次电池”(例如，“一次电池”、“一次电化学电池”或“一次电池”)是指在单次放电后要处置和更换的电池(cell)或电池(battery)。提及术语“二次电池”(例如，“二次电池”、“二次电化学电池”或“二次电池”)是指可被再充电一次或多次并重复使用的电池(cell)或电池(battery)。如本文所用，“阴极电解质”是指与阴极接触而不与阳极直接接触的电解质溶液，以及“阳极电解质”是指与阳极接触而不与阴极直接接触的电解质溶液。单独的术语电解质可以指阴极电解质、阳极电解质或直接与阳极和阴极接触的电解质。
23.例如电网、电动汽车、太阳能电池、不间断电源等一系列应用都需要像电池这样的储能系统。锂离子电池和铅酸电池目前占据市场主导地位；但是，它们价格昂贵、易燃且含有有毒元素。水系基金属阳极系统，如锌(zn)阳极电池在与廉价和丰富的材料的阴极，例如二氧化锰(mno2)配对时，在体积和重量能量密度上可与锂和铅竞争。这些电池在水系碱性电解质中可释放》400wh/l。高能量密度是可能的，因为mno2和zn的理论容量很高，它们基于第一和第二电子反应分别为约617mah/g和约820mah/g。
24.当试图达到最大利用率时，导致不可逆地出现例如体积膨胀、破坏形成尖晶石的晶体结构、活性物质重新分布、阳极锌中毒、金属阴极钝化和树状短路等问题。电解质，氢氧化钾(koh)，是所提到的一些问题的来源。在放电期间，4
+
价的mn降低到3
+
价，这导致在高容量利用率下的高koh浓度中其溶解度增加。活性mn
3+
离子的损失是电池中容量损失的原因。同时，溶解的mn
3+
离子也能解离形成mn
4+
和mn
2+
离子，这使得形成低级氧化物(例如尖晶石mn3o4)和羟锰矿[mn(oh)2]。当锌通过形成溶解的锌酸盐离子[zn(oh)
42-]的溶解反应释放其容量时，反应变得更加复杂。这些溶解的锌酸盐离子还与溶解的mn离子反应，形成非活性zn尖晶石，例如znmn2o4。zn阳极也可以在充电过程中形成枝晶，而枝晶可穿透隔离件使电池短路。
[0025]
zn阳极的另一个问题是在溶解反应过程中活性材料的活性再分布，这导致集电器中活性离子的损失，从而导致容量损失。阴极在其放电反应过程中还会经历较大的体积膨胀，因为来自电解质中的质子插入到晶体结构中，并且这导致活性材料从集电器中剥落，从
而再次损失容量。
[0026]
在本公开中，公开了在浓度、粘度、离子电导率等方面专用于(tailored)相应电极的框架中制备具有koh的聚合物凝胶电解质(pge)的方法和步骤。pge的制造使得能够在单个电池中使用两种电解质浓度，其中它们被调节以分别获得改进或最佳的阴极和阳极性能。
[0027]
更具体地，如本文所公开的电池和方法可以在阴极侧和阳极侧分别使用具有不同浓度的聚合物凝胶电解质(pge)，其中调节pge的性质以实现对各自电极的改进利用率(utilization)。mno2阴极优选地在低koh浓度下凝胶化以限制mn
3+
离子的溶解度，而zn阳极优选地在高koh浓度下凝胶化以增加zn离子的溶解度，因为容量利用率取决于zn的溶解性。其它添加剂，例如碳、特氟龙、纤维素纤维也可以加入到pge中，以提高电极的容量利用率并限制凝胶中的气体截留。此外，用于阳极的pge的粘度可以低于用于阴极的pge粘度。这能够使阳极处的任何逸出的气体从阳极迁移出去，而阴极中较高的粘度会限制任何锰离子从阴极迁移出去以及任何锌酸盐离子进入阴极。
[0028]
在一些实施方式中，公开了具有施加在阴极上的浓度a的第一pge和施加在阳极侧的浓度b的第二pge的电池。隔离件或缓冲层可以存在于pge之间，以防止混合。阴极侧的浓度a的pge可以较低，而阳极侧的浓度b的pge可以较高。在某些方面，浓度a的pge的粘度可高于阳极侧的浓度b的pge的粘度。
[0029]
参考图1说明设计这种双电解质型电池的原因。总体上来说，锌阳极通过溶解机制来释放其容量，因此锌离子在电解质中的溶解度是重要的。然而，锌阳极在诸如koh的氢氧化物电解质中会腐蚀并释放氢。在电池运行中，这种气体的排放对于释放到大气中或与电池中的催化剂反应以再次形成水是很重要的。然后可以调节阳极侧pge的粘度以使得zn溶解并能够使氢气逸出，还可以使用具有较高氢氧化物浓度的电解质来使阳极侧的pge能够溶解更多的锌，从而提高其容量的利用率。可以降低阴极侧电解质中氢氧化物的浓度以限制mn在pge中的溶解度，同时仍能够有较高的单电子容量的利用率；并且阴极侧pge的粘度应当足够高，以限制锌酸盐离子从阳极侧扩散至阴极侧。
[0030]
双电解质电池的另一个优点是阴极侧较低的pge的碱浓度和阳极侧较高的碱浓度，增加了电池电位，如图2所示。正如所示出的，阴极侧较低的碱浓度和阳极侧较高的碱浓度可增加电池电位，从而使得平均放电电压较高，进而获得较高的电池能量。
[0031]
参照图3a至图3d，电池10可以具有壳体7、阴极12和阳极13，阴极12可以包括阴极集电器1和阴极材料2。在一些实施方式中，阳极13可以包括阳极集电器4和阳极材料5。注意的是，图3a至图3d中组件的比例可能不精确，因为示出这些特征是为了清楚地显示阳极13和阴极12周围的电解质。图3a至图3c示出了具有单个阳极13和阴极12的棱柱形电池装置。在另一实施方式中，电池可以是具有同心布置的电极的圆柱形电池(例如，如图3d所示)，或者为其中阳极和阴极是层状的且然后卷绕以形成卷形结构的卷绕结构。阴极集电器1和阴极材料2统称为阴极12或正电极12，如图2所示。类似地，具有可选地阳极集电器4的阳极材料5可以统称为阳极13或负电极13。电解质可以与阴极12和阳极13接触。如本文更详细地描述的，在一些实施方式中，与阴极12和阳极两者接触的电解质15可以是不同浓度的相同电解质，或者可替代地，不同的电解质组合物可以与阳极13和阴极12使用，以调整电池10的性能。
[0032]
在一些实施方式中，电池10可以包括一个或多个阴极12和一个或多个阳极13，其可以以任何构造或形状因子存在。当存在多个阳极13和/或多个阴极12时，电极可以配置成使得电极交替(例如，阳极、阴极、阳极等)的层状构造。可以存在任何数量的阳极13和/或阴极12，以提供所需的容量和/或输出电压。在卷型构造中(例如，如图3d所示)，电池10在卷绕构造中可以仅具有一个阴极12和一个阳极13，使得电池10的横截面包括交替电极的层状构造，尽管在层状构造中也可使用多个阴极12和阳极13，并将其卷绕以形成具有交替层的卷绕构造。
[0033]
在一个实施方式中，壳体7包括通常相对于电池10中的电解质溶液(包括电解质)不反应的模制盒或容器。在一个实施方式中，壳体7包括聚合物(例如，聚丙烯模制盒、丙烯酸聚合物模制盒等)、涂覆金属等。
[0034]
阴极12可以包括含电化学活性材料的组分的混合物。可选地，还可以包括额外的组分，例如粘合剂、导电材料和/或一个或多个额外组分，以用于改善阴极12的寿命、可充电性和电化学性能。阴极12可以包括阴极材料2(例如，电活性材料、添加剂等)。阴极可包含约1wt％至约95wt％的活性材料。合适的阴极材料2可包括但不限于，二氧化锰、铜锰氧化物、高锰矿、锰氧化物、铜插层的铋水钠锰矿、水钠锰矿(birnessite)、钡镁锰矿(todokorite)、斜方锰矿、软锰矿、羟锰矿(pyrochroite)、银氧化物、银二氧化物、银、羟基氧化镍、氢氧化镍、镍、铅氧化物、铜氧化物、铜二氧化物、铅、铅二氧化物(α和β)、过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵、高锰酸钾、高锰酸钙、高锰酸钡、高锰酸银、高锰酸铵、过氧化物、金、高氯酸盐、钴氧化物(coo、coo2、co3o4)、锂钴氧化物、钠钴氧化物、高氯酸盐、镍氧化物、溴、汞、钒氧化物、钒铋氧化物、对苯二酚、杯[4]醌、四氯苯醌、1,4-萘醌、9,10-蒽醌、1,2-萘醌、9,10-菲醌、氮氧化物-氧化铵阳离子氧化还原对(例如(2,2,6,6-四甲基哌啶-1-基)氧基(tempo))、碳、2,3-二氰基-5,6-二氯二氰基醌、四氰基乙烯、三氧化硫、臭氧、氧气、空气、锂镍锰钴氧化物、硫、磷酸铁锂、铜锂氧化物、磷酸氧铜锂，或它们的任意组合。在一些实施方式中，阴极可以包括空气电极。
[0035]
在一些实施方式中，阴极材料2可以是基于mno2的一种或多种多晶型物，包括电解mno2(emd)、α-mno2、β-mno2、γ-mno2、δ-mno2、ε-mno2或者λ-mno2。也可以存在其它形式的mno2，例如水合mno2、软锰矿、水钠锰矿、直锰矿、锰钡矿、钡硬锰矿、钡镁锰矿、锂透闪石、黄铜矿、富钠或富钾的水钠锰矿、锰钾矿、镁碱锰矿、羟基氧化锰(mnooh)、α-mnooh、γ-mnooh、β-mnooh、氢氧化锰[mn(oh)2]、部分或完全质子化的二氧化锰、mn3o4、mn2o3、方铁锰矿、mno、锂化的二氧化锰(limn2o4、li2mno3)、cumn2o4、铝锰氧化物、锌锰二氧化物、铋锰氧化物、铜插层的水钠锰矿、铜插层的铋水钠锰矿、锡掺杂的锰氧化物、镁锰氧化物，或它们的任意组合。一般来说，阴极中循环形式的二氧化锰可以具有层状构造，在一些实施方式中，层状构造可以包括δ-mno2，其可互换地称为水钠锰矿。如果使用二氧化锰的非水钠锰矿多晶型物，这些可以通过一个或多个调节循环原位转化为水钠锰矿，如下面更详细描述的。例如，可以进行二氧化锰第二电子阶段结束的完全或部分放电(例如，在阴极的第二电子容量的大约20％到大约100％之间)，并且随后再充电回到其mn
4+
价态，从而产生水钠锰矿相二氧化锰。
[0036]
导电添加剂(诸如导电碳)的加入使得电活性材料能够高负载在阴极材料中，从而得到高的体积和重量能量密度。在一些实施方式中，导电添加剂可以包括石墨、碳纤维、炭黑、乙炔黑、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、镍或铜涂覆的碳纳米管、单壁碳纳米管分散体、
多壁碳纳米管分散体、石墨烯、石墨炔、氧化石墨烯，或它们的组合。在一些实施方式中，阴极中电活性材料的较高负载对于增加能量密度是理想的。导电碳的其他实例包括timrex初级合成石墨(所有类型)、timrex天然片状石墨(所有类型)、timrex mb、mk、mx、kc、b、lb等级(实例，ks15、ks44、kc44、mb15、mb25、mk15、mk25、mk44、mx15、mx25、bnb90、lb系列)timrex分散体；enasco150g、210g、250g、260g、350g、150p、250p；super p、super p li，炭黑(实例包括ketjenblack ec-300j、ketjenblack ec-600jd、ketjenblack ec-600jd粉末)，乙炔黑、碳纳米管(单壁或多壁)，zenyatta石墨，和/或它们的组合。
[0037]
在一些实施方式中，导电添加剂可以具有约1至约50微米，或约2至约30微米，或约5至约15微米的粒径范围。阴极材料2中的总导电添加剂的质量百分比可为约5％至约99％，或者可为约10％至约80％。在一些实施方式中，阴极材料2中的电活性组分可在正极材料2重量的1wt％至99wt％，并且导电添加剂可以是1wt％至99wt％。
[0038]
阴极材料2还可以包括导电组分。向阴极材料2添加诸如金属添加剂的导电组分可通过向阴极材料2添加一种或多种金属粉末(诸如镍粉)来完成。导电金属组分在阴极材料2中可以以约0wt％至30wt％的浓度存在。导电金属组分可以是例如镍、铜、银、金、锡、钴、锑、黄铜、青铜、铝、钙、铁或铂。在一个实施方式中，导电金属组分是粉末。在一些实施方式中，导电组分可以以氧化物和/或盐的形式添加。例如，导电组分可以是钴氧化物、钴氢氧化物、铅氧化物、铅氢氧化物，或它们的组合。在一些实施方式中，添加第二导电金属组分以作为发生第一和第二电子反应的支撑导电骨架。第二电子反应具有溶解-沉淀反应，其中mn
3+
离子变得可溶于电解质并沉淀在诸如石墨的材料上，导致电化学反应并形成不导电的氢氧化锰[mn(oh)2]。这最终会导致后续循环中的容量衰减。能够帮助降低锰离子的溶解度的合适的导电组分包括如ni、co、fe、ti的过渡金属和如ag、au、al、ca的金属。这些金属的氧化物和盐也是合适的。过渡金属，如co也有助于降低mn
3+
离子的溶解度。这些导电金属组分可以通过化学方法或物理方法(例如球磨、研钵/研杵、spex混合物)结合到电极中。这种电极的实例包括5％至95％的水钠锰矿、5％至95％的导电碳、0％至50％的导电组分(例如导电金属)，和1％至10％的粘合剂。
[0039]
在一些实施方式中，粘合剂可以与阴极材料2一起使用。粘合剂可以以阴极材料的重量的约0wt％至10wt％，或者可替代地以约1wt％至5wt％的浓度存在。在一些实施方式中，粘合剂包括基于水溶性纤维素的水凝胶，其可以用作增稠剂和强粘合剂，并且已经与良好的机械强度和与导电性聚合物交联。粘合剂也可以是以玻璃纸出售的纤维素膜。通过反复冷却和解冻循环，可以使基于水溶性纤维素的水凝胶与聚合物物理交联来制备粘合剂。在一些实施方式中，粘合剂可以包含交联有等体积的0wt％至10wt％聚乙烯醇(pva)的0wt％至10wt％的羧甲基纤维素(cmc)溶液。与传统使用的ptfe(聚四氟乙烯)相比，该粘合剂表现出优异的性能。ptfe是一种电阻性很强的材料，但由于其良好的可卷曲性能而广泛地应用在工业中。然而，这并不排除使用ptfe作为粘合剂。ptfe与水系粘合剂和一些导电碳的混合物被用来制造可卷曲的粘合剂。使用水基粘合剂有助于在多次循环中以最小的容量损失实现大部分双电子容量。在一些实施方式中，粘合剂可以是水基的，具有优异的保水能力、粘合性能，并且相对于改用ptfe粘合剂的相同阴极，有助于保持导电性。合适的水基水凝胶的实例可包括但不限于，甲基纤维素(mc)、羧甲基纤维素(cmc)、羟丙基纤维素(hph)、羟丙基甲基纤维素(hpmc)、羟乙基甲基纤维素(hemc)、羧甲基羟乙基纤维素、羟乙基纤维素
(hec)，和它们的组合。交联聚合物的实例包括聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、聚苯胺、聚乙烯吡咯烷酮、聚偏二氟乙烯、聚吡咯，和它们的组合。在一些实施方式中，通过例如重复的冷冻/解冻循环、辐射处理和/或化学试剂(例如环氧氯丙烷)来使0wt％至10wt％的水基纤维素氢溶液与0wt％至10wt％的交联聚合物溶液交联。水系粘合剂可以与0％至5％的ptfe混合，以提高可制造性。
[0040]
阴极材料2还可以包含额外元素。额外元素包括铋化合物和/或铜/铜化合物，可被包括在阴极材料中，从而一起改进阴极的恒电流电池循环。当以水钠锰矿存在时，铜和/或铋可并入到水钠锰矿的层状纳米结构中。由于铜和铋被并入到水钠锰矿的晶体和纳米结构中，所得水钠锰矿阴极材料可以表现出改善的循环和长期性能。
[0041]
铋化合物可以以铋的无机盐或有机盐(氧化态5、4、3、2或1)、铋氧化物或铋金属(即元素铋)的形式并入到阴极12。铋化合物可以以阴极材料2重量的约1wt％至20wt％的浓度存在于阴极材料中。铋化合物的实例包括氯化铋、溴化铋、氟化铋、碘化铋、硫酸铋、硝酸铋、三氯化铋、柠檬酸铋、碲化铋、硒化铋、次水杨酸铋、新癸酸铋、碳酸铋、次没食子酸铋、铋锶钙铜氧化物、醋酸铋、三氟甲磺酸铋、硝酸氧化铋、没食子酸铋水合物、磷酸铋、铋钴锌氧化物、亚硫酸铋琼脂、氯氧化铋、铝酸铋水合物、氧化钨铋、铋铅锶钙铜氧化物、锑化铋、碲化铋锑、稳定化的氧化铋钇(bismuth oxide yittia stabilized)、铋-铅合金、柠檬酸铋铵、2-萘酚铋盐、二氯三(邻甲苯基)铋(duchloritri(o-tolyl)bismuth)、二氯二苯(对甲苯基)铋、三苯基铋，和/或它们的组合。
[0042]
铜化合物可以以铜的有机或无机盐(氧化态1、2、3或4)、铜氧化物或铜金属(即元素铜)的形式并入到阴极12中。铜化合物可以以阴极材料2重量的约1wt％至70wt％的浓度存在。在一些实施方式中，铜化合物以阴极材料2重量的约5wt％至50wt％的浓度存在。在其他实施方式中，铜化合物以阴极材料2重量的约10wt％至50wt％的浓度存在。在又一实施方式中，铜化合物以阴极材料2重量的约5wt％至20wt％的浓度存在。铜化合物的实例包括：铜和铜盐，例如铜铝氧化物，铜(i)氧化物，铜(ii)氧化物和/或处于+1、+2、+3或+4氧化态的铜盐，包括但不限于硝酸铜、硫酸铜、氯化铜等。铜的作用是改变铋的氧化和还原电压。与不能承受恒电流循环的铋改性mno2相比，这使得阴极在恒电流循环期间具有完全可逆性。
[0043]
阴极12可以使用能够在大规模制造中实施的方法来生产。对于mno2阴极，阴极12能够输送mno2的全部第二电子容量。在一些实施方式中，阴极材料2可以包含2wt％至30wt％的导电碳、0wt％至30wt％的导电金属添加剂、1wt％至70wt％的铜化合物、1wt％至20wt％的铋化合物、0wt％至10wt％的粘合剂和水钠锰矿或emd。在另一实施方式中，阴极材料包含2wt％至30wt％的导电碳、0wt％至30wt％的导电金属添加剂、1wt％至20wt％的铋化合物、0wt％至10wt％的粘合剂和水钠锰矿或emd。在一个实施方式中，阴极材料基本上由2wt％至30wt％的导电碳、0wt％至30wt％的导电金属添加剂、1wt％至70wt％的铜化合物、1wt％至20wt％的铋化合物、0wt％至10wt％的粘合剂，以及余量的水钠锰矿或emd组成。在另一实施方式中，阴极材料基本上由2wt％至30wt％的导电碳、0wt％至30wt％的导电金属添加剂、1wt％至20wt％的铋化合物、0wt％至10wt％的粘合剂，以及余量的水钠锰矿或emd组成。
[0044]
通过汞渗透孔隙率测定法测定，所得阴极的孔隙率可在20％至85％的范围内。孔隙率可以根据astm d4284-12“通过压汞法测定催化剂和催化剂载体的孔隙体积分布的标
准试验方法”使用截至本技术递交之日的版本来测量。
[0045]
阴极材料2可以形成在由导电材料形成的阴极集电器1上，其中导电材料用作阴极材料与一个或多个外部电连接之间的电连接。在一些实施方式中，阴极集电器1可以是例如碳、铅、镍、钢(例如不锈钢等)、镀镍钢、镀镍铜、镀锡钢、镀铜镍、镀银铜、铜、镁、铝、锡、铁、铂、银、金、钛、铋、钛、半镍和半铜，或它们的任意组合。在一些实施方式中，集电器1可以包括碳毡或导电聚合物网。阴极集流器可以形成网(例如，膨胀网、编织网等)、穿孔金属、泡沫、箔、毡、纤维结构(fibrous architecture)、多孔块状结构、穿孔箔、丝网、包裹(wrapped)组件，或它们的任意组合。在一些实施方式中，集电器可以形成袋组件(pocket assembly)或形成袋组件的一部分，其中袋(pocket)可以将阴极材料2保持在集电器1内。接线片(例如，阴极集电器1的延伸到阴极材料2外部的部分，如图3b中阴极12的顶部所示)可以连接到集电器，以提供外部电源和集电器之间的电连接。
[0046]
可以将阴极材料2压到阴极集电器1上以形成阴极12。例如，可以例如在1000psi和20000psi之间(6.9
×
106和1.4
×
108帕斯卡之间)的压力下通过压制来使阴极材料2附着到阴极集电器1上。阴极材料2可以以糊状物的形式附着到阴极集电器1。所得阴极12可具有约0.1mm至约5mm之间的厚度。
[0047]
使用如本文所述的具有不同性质的电解质可以顾及到多种阳极材料。在一些实施方式中，阳极可以包括锂、锌、铝、镁、铁、钙、锶、镧、钾、钠、锆、钛、钛氧化物、铟、铟氧化物、氢氧化铟、锌氧化物、mn3o4、锌锰矿(znmn2o4)、钒、锡、锡氧化物、氢氧化钡、钡、铯、氢氧化铝、铜、铋、硅、碳，和这些材料的任意混合物。本文所述的电池可以通过将本文所述的任何阴极材料和所述的任何阳极材料配对来形成，只要上面提及的材料在合适的电解质(例如，合适的阳极电解质和阴极电解质等)存在下产生电压。
[0048]
在一些实施方式中，阳极材料5可以包括锌，其可以元素锌和/或氧化锌的形式存在。在一些实施方式中，zn阳极混合物包括锌、氧化锌(zno)、导电材料和粘合剂。在阳极材料5中，zn基于阳极材料的总重量，可以以约50wt％至约90wt％，或者约60wt％至约80wt％，或者约65wt％至约75wt％的量存在。除了锌之外或者代替锌，可存在于阳极中的额外元素包括但不限于锂、铝、镁、铁、镉，和它们的组合，其中每种元素可以以与本文所述的锌相同或者相似的量存在。
[0049]
在一些实施方式中，阳极材料5可以包括氧化锌(zno)，其可以基于阳极材料的总重量，以约5wt％至约20wt％，或者约5wt％至约15wt％，或约5wt％至约10wt％的量存在。本领域技术人员将理解的并且在本公开的帮助下，阳极混合物中的zno的目的是在再充电步骤期间提供zn源，并且存在的锌可以在充电和放电阶段期间在锌和氧化锌之间转化。
[0050]
在一个实施方式中，可选地，导电材料可以基于阳极材料的总重量，以约5wt％至约20wt％，或者约5wt％至约15wt％，或约5wt％至约10wt％的量存在于阳极材料中。如本领域技术人员将理解的并且在本公开的帮助下，导电材料可以在阳极混合物中用作导电剂，例如以增强阳极混合物的整体导电性。适合使用的导电材料的非限制性实例可以包括本文所述的任何导电碳，诸如碳、石墨、石墨粉、石墨粉片、石墨粉球体、炭黑、活性炭、导电碳、无定形碳、玻璃化碳等，或它们的组合。导电材料还可以包括关于阴极材料描述的任何导电性碳材料，包括但不限于乙炔黑、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、石墨烯、石墨炔，或它们的任意组合。
[0051]
阳极材料5也可以包含粘合剂。通常，粘合剂起到将电活性材料颗粒保持在一起并与集电器接触的作用。粘合剂可以以0wt％至10wt％的浓度存在。粘合剂可以包括基于水溶性纤维素的水凝胶，如甲基纤维素(mc)、羧甲基纤维素(cmc)、羟丙基纤维素(hph)、羟丙基甲基纤维素(hpmc)、羟乙基甲基纤维素(hemc)、羧甲基羟乙基纤维素和羟乙基纤维素(hec)，它们用作增稠剂和强粘合剂，并且已经以良好的机械强度和导电聚合物如聚乙烯醇、聚乙酸乙烯酯、聚苯胺、聚乙烯吡咯烷酮、聚偏二氟乙烯和聚吡咯交联。粘合剂也可以以玻璃纸形式出售的纤维素膜。粘合剂也可以是ptfe，这是一种电阻性很强的材料，但由于其良好的可卷曲性能而广泛地应用在工业中。在一些实施方式中，粘合剂可以基于阳极材料的总重量，以约2wt％至约10wt％，或者约2wt％至约7wt％，或约4wt％至约6wt％的量存在于阳极材料中。
[0052]
在一些实施方式中，阳极材料5可以独自使用而无需单独的阳极集电器4，尽管仍可以向阳极材料5提供接线片或其他电连接。在该实施方式中，阳极材料可以具有箔、网、穿孔层、泡沫、毡或粉末的形式或结构。例如，阳极可以包括金属箔电极、网状电极或穿孔金属箔电极。
[0053]
在一些实施方式中，阳极13可以包括可选的阳极集电器4。阳极集电器4可以与阳极13一起使用，其包括相对于阴极12描述的所有的那些。可以将阳极材料5压到阳极集电器4上以形成阳极13。例如，可以例如在1000psi和20000psi之间(6.9
×
106和1.4
×
108帕斯卡之间)的压力下通过压制来使阳极材料5附着到阳极集电器4上。阳极材料5可以以糊状物的形式附着到阳极集电器4当存在阳极集电器4的接线片时，其可以延伸到装置外部以形成集电器接线片。所得阳极13可具有约0.1mm至约5mm之间的厚度。
[0054]
如图3b所示，电池10可以不包括隔离件。形成无隔离件的电池10的能力使得能够降低电池的总成本的同时，具有与带隔离件的电池相同或相似的性能。pge的使用可以通过在阳极13和阴极12之间形成物理屏障以防止短路而起到隔离件的作用。
[0055]
在如图3a和图3c所示的一些实施方式中，当将电极构建成电池时，可在阳极13和阴极12之间设置隔离件9(例如，如图3c所示)和/或缓冲层21(例如，如图3a所示)。尽管示出为设置在阳极13和阴极12之间，但隔离件9可用于包裹阳极13和/或阴极12中的一个或多个，或者可替代地当存在多个阳极13和阴极12时，包裹一个或多个阳极13和/或阴极12。
[0056]
隔离件9可以包括一个或多个层。例如，当使用隔离件时，相邻电极之间可以施加1至5层隔离件。隔离件可以由合适的材料形成，例如尼龙、聚酯、聚乙烯、聚丙烯、聚(四氟乙烯)(ptfe)、聚(氯乙烯)(pvc)、聚乙烯醇、纤维素，或它们的任意组合。合适的层和隔离件形式可以包括但不限于，聚合物隔离件层，例如烧结的聚合物膜、聚烯烃膜、聚烯烃非织造膜、纤维素膜、玻璃纸、电池级玻璃纸、亲水改性聚烯烃膜，或它们的组合。如本文所用，短语“亲水改性的”是指与水的接触角小于45
°
的材料。在另一实施方式中，与水的接触角小于30
°
。在又一实施方式中，与水的接触角小于20
°
。聚烯烃可以通过例如添加triton x-100
tm
或通过氧等离子体处理来改性。在一些实施方式中，隔离件9可包括品牌的微孔隔离件。在一实施方式中，隔离件9可包括fs 2192 sg膜，其可以是从德国freudenberg购得的聚烯烃非织造膜。在一些实施方式中，隔离件可包括锂超离子导体钠超离子导体(nasion)、双极膜、水电解膜、聚乙烯醇和氧化石墨烯的复合物、
聚乙烯醇、交联的聚乙烯醇，或它们的组合。
[0057]
虽然隔离件9可包括多种材料，但是使用pge作为电解质可允许当存在一个或多个隔离件时，使用相对便宜的隔离件9。例如，隔离件9可包括聚乙烯醇、聚乙烯醇和氧化石墨烯的复合物、交联的聚乙烯醇、和/或碳-聚乙烯醇的复合物。使用隔离件9可以有助于提高电池20的循环寿命，但是并非在所有实施方式中都是必须的。
[0058]
当使用缓冲层21时，缓冲层21可以单独使用，也可以与隔离件9组合使用。缓冲层21可以包括其中可以包括与阳极电解质和/或阴极电解质具有相同的电解质配方的凝胶溶液。例如，缓冲层21可以是如本文所述的pge。缓冲层21中也可以存在一种或多种添加剂，例如氢氧化钙、层状双氢氧化物(例如水滑石)、五钛矿、富钛矿、氢氧化镁，或它们的组合。例如，当阳极电解质和阴极电解质具有相同的配方而仅具有不同组成和/或粘度时，缓冲层可以具有与阳极电解质或阴极电解质相同的电解质浓度，或者具有介于阳极电解质和阴极电解质之间的浓度。缓冲层的粘度可以大于阳极电解质或阴极电解质的粘度，以有助于防止阳极电解质和阴极电解质之间的混合以及限制在阳极电解质和阴极电解质之间的离子迁移。
[0059]
如图3a至图3d所示，阴极电解质3可以与阴极12接触，以及阳极电解质6可以与阳极13接触。如本文更详细描述的，阴极电解质3和/或阳极电解质6中的一者或两者可以聚合或凝胶化以形成单独的凝胶电解质，来防止这两种电解质溶液之间混合。阴极电解质3可以设置在壳体10中与阴极材料2接触。在一些实施方式中，阳极电解质6可以聚合或凝胶化，阴极电解质3可以是液态的。即使阴极电解质3是液态的，阳极电解质6的聚合也可以防止阴极电解质3和阳极电解质6之间的混合。在一些实施方式中，阴极电解质3和阳极电解质6均是凝胶化的。
[0060]
阴极电解质3可以是酸性或中性溶液，并且阴极电解质的ph值可以在-1.2至7之间。阴极电解质3可以在0～200℃之间的温度条件下使用。在一些实施方式中，阴极电解质可以包括酸，例如矿物质酸(例如，盐酸、硝酸、硫酸等)。对于酸性阴极电解质组合物，其酸浓度可以在约0m～16m之间。在一些实施方式中，阴极电解质溶液可以包括：含有高锰酸钾、高锰酸钠、高锰酸锂、高锰酸钙、硫酸锰、氯化锰、硝酸锰、高氯酸锰、醋酸锰、双(三氟甲磺酸)锰、三氟甲磺酸锰、碳酸锰、草酸锰、氟硅酸锰、亚铁氰化锰、溴化锰、硫酸镁、氯化铵、硫酸铵、氢氧化铵、硫酸锌、三氟甲磺酸锌、醋酸锌、硝酸锌、氯化铋、硝酸铋、硝酸、硫酸、盐酸、硫酸钠、硫酸钾、硫酸钴、硫酸铅、氢氧化钠、氢氧化钾、硫酸钛、氯化钛、硝酸锂、氯化锂、溴化锂、碳酸氢锂、醋酸锂、硫酸锂、硝酸锂、亚硝酸锂、氢氧化锂、高氯酸锂、草酸锂、氟化锂、碳酸锂、硫酸锂、溴酸锂、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、黄原胶、卡拉胶、丙烯酰胺、过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵、n,n
’‑
亚甲基双丙烯酰胺，或它们的任意组合的溶液。例如，阴极电解质溶液可以包括与硫酸混合的硫酸锰或与硫酸混合的高锰酸钾。该溶液的其他掺杂剂可以是硫酸锌、硫酸铅、二硫化钛、水合硫酸钛、硫酸银、硫酸钴和硫酸镍。在一些实施方式中，阴极电解质溶液可以包括硫酸锰、氯化铵、硫酸铵、醋酸锰、高锰酸钾和/或高锰酸盐的盐，其中添加剂的浓度可以在0m和10m之间。依据所用锰盐的类型，电池体系的电压可能是不同的。例如，在硫酸锰电解质中，ss-hivab的电压为约2.45-2.5v，而在高锰酸钾电解质中，ss-hivab的电压为约2.8-2.9v。
[0061]
在一些实施方式中，阴极电解质可以包括高锰酸盐。高锰酸盐具有很高的正电位。这可以使得在电池10内的总电池电位增加。当存在高锰酸盐时，可以以酸(例如无机酸，如盐酸、硫酸等)与高锰酸盐的摩尔比在约5:1至约1:5之间，或约1:1至约1:6之间，或约1:2至约1:4之间，或约1:3存在，尽管准确的量可以根据电池10预期的工作条件而变化。高锰酸盐(例如，高锰酸钾或高锰酸盐等)的浓度可以大于0且小于或等于5m。在一些实施方式中，阴极电解质溶液包括浓度大于0且小于或等于16m的硫酸、盐酸或硝酸。使用高锰酸盐有利于制造高压电池，使得当带有高锰酸盐的阴极电解质与极负的阳极电位相结合使用时，当阴极和阳极为mno2|zn时，所得电池的电压可约为2.8v，当阴极和阳极为mno2|al时，电压约为4v。当阴极电解质包含高锰酸盐时，合适的高锰酸盐可包括但不限于高锰酸钾、高锰酸钠、高锰酸锂、高锰酸钙，及它们的组合。
[0062]
在一些实施方式中，阳极电解质可以是碱性电解质，而阴极电解质可以是酸性或中性溶液。阳极电解质中的碱性电解质可以是氢氧化物，例如氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化锂、一水合氨(ammonium hydroxide)、氢氧化铯，或它们的任意组合。所得阳极电解质的ph值可大于7。在一些实施方式中，阳极电解质的ph值可以大于或等于10并且小于或等于约15.13。如本文所述，阳极电解质可以聚合或凝胶化。所得的阳极电解质可以是半固态的，在电池内无法流动。这可用于限制或防止阳极电解质和阴极电解质之间的任何混合。阳极电解质可以使用任何合适的技术来聚合，包括本文所述的任何技术。通常使用较高浓度的碱性电解质来增加凝胶状态下任意金属的溶解度。例如，阳极电解质的较高的浓度可以为25wt％至70wt％。
[0063]
除了氢氧化物之外，阳极电解质6还可以包括额外的组分。在一些实施方式中，碱性电解质可以具有氧化锌、碳酸钾、碘化钾和氟化钾作为添加剂。当锌化合物存在于阳极电解质中时，阳极电解质可以包括硫酸锌、氯化锌、醋酸锌、碳酸锌、氯酸锌、氟化锌、甲酸锌、硝酸锌、草酸锌、亚硫酸锌、酒石酸锌、氰化锌、氧化锌、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、氯化钾、氯化钠、氟化钾、硝酸锂、氯化锂、溴化锂、碳酸氢锂、醋酸锂、硫酸锂、高锰酸锂、硝酸锂、亚硝酸锂、高氯酸锂、草酸锂、氟化锂、碳酸锂、溴酸锂、丙烯酸、n,n
’‑
亚甲基双丙烯酰胺、过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠，或它们的组合。
[0064]
在一些实施方式中，含有合适的盐的有机溶剂可以用作电解质。合适的有机溶剂的实例包括但不限于环状碳酸酯、线性碳酸酯、碳酸二烷基酯、脂肪族羧酸酯，γ-内酯，线性醚，环状醚，非质子有机溶剂，氟化羧酸酯，及它们的组合。任何合适的添加剂，包括本文所述的盐，可以与有机溶剂一起使用，以形成用于阳极电解质和/或阴极电解质的有机电解质。
[0065]
在一些实施方式中，离子液体可用于形成凝胶电解质(例如，凝胶阳极电解质、凝胶阴极电解质等)。离子液体可以包括1-乙基-3-甲基氯化咪唑鎓(emimcl)、1-烯丙基-3-甲基溴化咪唑鎓、1-烯丙基-3-甲基氯化咪唑鎓、1-丁基-2,3-二甲基氯化咪唑鎓、1-乙基-3-甲基乙酸咪唑鎓、1-乙基-3-甲基溴化咪唑鎓、1-乙基-3-甲基四氯铝酸咪唑鎓、六氟磷酸锂(lipf6)、高氯酸锂、双(三氟甲磺酰基)酰亚胺锂、双(草酸)硼酸锂，及它们的组合。其它离子液体是已知的，并且也可以使用。在一些实施方式中，emimcl可以用作离子液体，并且可以在与铝盐混合以形成铝离子导电电解质之前进行纯化。铝盐可以是氯化铝、醋酸铝、硝酸铝、溴化铝和其他。通过在惰性气氛中缓慢地加入精确量的氯化铝可以制成emimcl和氯化
铝的混合物。氯化铝与emimcl的混合比例可在5:1～1:1之间，或约1.5:1。
[0066]
在一些实施方式中，高盐水(water in salt)电解质可以凝胶化并用作阴极电解质和/或阳极电解质。高盐水电解质可以包括其中盐浓度高于饱和点的电解质。将盐浓度提高到饱和点以上以形成高盐水电解质，可以进一步降低水性电解质中水的活性。这类电解质的离子电导率可以高于常规水性电解质中的离子电导率。高盐水电解质可以包括水和高于其饱和点的适当的盐，包括本文所述的关于水性阳极电解质和/或阴极电解质的任何盐和添加剂。
[0067]
在一些实施方式中，阳极电解质和阴极电解质中的电解质中的化合物可以相同，但是浓度可以在阳极电解质和阴极电解质之间变化。在这些实施方式中，阴极电解质和阳极电解质可以包括上文用于描述阳极电解质和/或阴极电解质中所列化合物中的任何一种。例如，阳极电解质和阴极电解质可以包括氢氧化物，例如氢氧化钾。与阳极电解质接触的氢氧化物的浓度可以高于阴极电解质中的氢氧化物的浓度。当凝胶化后，阳极电解质和阴极电解质的粘度可以不同。在一些实施方式中，阴极电解质的粘度可高于(例如，得到更厚的凝胶)。阳极电解质的粘度
[0068]
阳极电解质和阴极电解质中的一者或两者可以在电池中被凝胶化。聚合过程可以采用任何电解质进行，包括本文所述的任何电解质(例如，有机电解质、水性电解质、离子液体电解质、高盐水电解质等)。很多聚合技术可用于形成凝胶/固态电解质，例如逐步生长、链生长、乳液聚合、溶液聚合、悬浮聚合、沉淀聚合、光聚合和其他。一旦通过聚合步骤形成凝胶/固态电解质，它们可以在如本文所述的单个电池壳体中组合。电池可以使用隔离件，或者是无膜的或无隔离件的。
[0069]
如本文所述，电解质可以聚合或凝胶化以形成用于阴极电解质和/或阳极电解质的聚合物凝胶电解质(pge)。所得的pge可以是半固态的，其在电池内无法流动。例如，pge可以包括浸渍有水性电解质的惰性亲水性聚合物基质。电解质可以采用任何合适的技术聚合。在实施方式中，形成pge的方法可以从选择用于pge的单体材料开始。单体可以是选自由丙烯酸、醋酸乙烯酯、丙烯酸酯、异氰酸乙烯酯、丙烯腈或它们的任何组合组成的组的极性乙烯基单体。然后可以选择水性电解质组分，并且可以包括上文在针对电解质描述的任何组分。可以加入引发剂来开始聚合过程。在一些实施方式中，交联剂可用在电解质组合物中以进一步交联聚合物基质以形成pge。组合物中的单体(例如，极性乙烯基单体)可以以约5wt％至约50wt％的量存在，引发剂可以以约0.001wt％至约0.1wt％的量存在，以及交联剂可以以0至5wt％的量存在。
[0070]
在一些实施方式中，pge可以原位形成，这是指将电解质以液体形式加入壳体，接着进行随后的聚合反应以在壳体内形成pge。该方法可使电解质组合物在完全聚合之前渗入空隙空间、阳极和/或阴极来形成pge。在一些实施方式中，当将电解质引入到相应的隔室时，可以在壳体7内产生真空(例如，压力小于大气压)。真空可用于除去空气并使电解质穿透阳极13、阴极12和/或电池10内的各种空隙空间。在一些实施方式中，真空可以在约10至29.9英寸汞之间或在约20至约29.9英寸汞的真空之间。使用真空有助于避免在电解质完全聚合之前在电池10内存在气泡。在一些实施方式中，在电解质完全聚合之前，电极可以在0℃至30℃的温度下在电解质溶液中浸泡1至120分钟，以使得电解质浸渍电极。一旦电解液聚合，电池可以在使用前放置。在一些实施方式中，可以使电池放置5分钟至24小时。
[0071]
为了有助于电解质浸渍电极，可以在电解质聚合之前用所选的电解质溶液预浸渍电极。这可以通过在电池或壳体外部将电极浸泡在电解质中(例如，分别浸泡在阴极电解质或阳极电解质中)，然后将预浸渍的电极放置在壳体中以构造电池来进行。在一些实施方式中，可将不含聚合物或凝胶剂的电解质加入到电池中以原位浸泡电极。这可以包括使用真空来辅助电极的浸渍。电极可浸泡约1分钟至24小时。在一些实施方式中，浸泡可以进行多个循环，其中电池充满电解质并使其浸泡、排干、再填充并且使其浸泡，随后排干循环所需次数。当电极被电解质浸泡和浸渍时，含有聚合物和聚合试剂(例如，引发剂、交联剂等)的电解质可以加入到壳体中并能够聚合以形成最终的电池。
[0072]
可以选择电解质的组成、单体材料、引发剂和形成条件(例如温度等)以提供期望的聚合时间，从而使电解质组合物能够适当地浸泡电池的组件以吸收并渗透到电极中。可以通过控制温度来控制聚合过程，其中较低的温度可以抑制或减缓聚合反应，较高的温度可以减少聚合时间或加速聚合过程。此外，增加碱性电解质组分(如氢氧化物)可以减少聚合时间，以及增加引发剂浓度会减少聚合时间。根据电解质溶液的组成和反应温度，合适的聚合时间可以在1分钟至24小时之间。
[0073]
作为聚合方法的实例，丙烯酸、n,n'-亚甲基双丙烯酰胺和碱性溶液的混合物可以在约0℃下产生。然后可以向溶液中添加任何添加剂(例如，气体抑制剂、如本文所述的额外添加剂等)。例如，在电解质中使用氧化锌时，其可以在混合前体组分后，溶解在碱性溶液中，其中氧化锌在阳极的电化学循环中是有益的。为了使所得的混合物聚合，可以加入诸如过硫酸钾的引发剂以引发聚合过程并形成固态或半固态聚合电解质(例如pge)。一旦聚合过程发生，所得的聚合电解质随着时间的推移是稳定的。
[0074]
举例来说，本文所述的pge可以通过自由基聚合方法制备。在一实施方式中，丙烯酸(aa)可以作为单体，以及n,n'-亚甲基双丙烯酰胺(mba)作为交联剂和过硫酸钾(k2s2o8)作为引发剂。诸如koh的碱性电解质可以加入到这个过程中，该碱性电解质可以嵌入到骨架中。在aa中加入碱性电解质会发生中和，这降低了聚合物凝胶中碱性电解质的浓度。图4报告了在koh中aa中和后的理论和实验值。该图的目的是用作为各个电极组合适当的pge浓度的指导。类似地，不同的碱性电解质浓度可以改变凝胶化时间。较高的碱性电解质浓度通常导致更快的凝胶化，而较低的碱性电解质浓度需要较长的时间。引发剂浓度可影响凝胶化过程。图5中报告了对该过程的深入分析，其再次用作制备pge的指导。通过改变单体和mba浓度可以调节凝胶的粘度，从而影响离子电导率。
[0075]
聚合过程可以在构造电池(battery)10之前或在电池(cell)构造之后发生。在一些实施方式中，电解质可以是聚合的并放置到槽中以形成片材。一旦聚合，片材可以切割成合适的尺寸和形状，并且可以使用一个或多个层来形成与阳极13接触的电解质15。当使用预形成的pge时，可以将额外的液态电解质引入到电池中，和/或可以在构造电池之前用电解质预浸泡电极。
[0076]
在一些实施方式中，可以使用水性电解质、有机电解质、离子液体、高盐水电解质等形成pge。在一些实施方式中，水性电解质可用于阴极电解质和/或阳极电解质，并凝胶化以形成作为pge的水性水凝胶。在一些实施方式中，水性水凝胶可以通过自由基聚合方法制成。例如，可选择丙烯酸(aa)作为单体，以及选择n,n'-亚甲基双丙烯酰胺(mba)作为交联剂，并选择过硫酸钾作为引发剂。在水系碱性电池中，可以使用合适的氢氧化物(例如，氢氧
化钾(koh)、氢氧化钠、氢氧化锂等)来形成电解质。通过使用aa中和氢氧化物，可以将氢氧化物包封在水凝胶网络中。为了产生水凝胶，单体可以与任何交联剂结合，直至交联剂溶解。另外，可对一定量的氢氧化物进行冷却以减缓反应。在一些实施方式中，其中电解质为水性电解质，氢氧化物可冷却至低于约10℃，低于约5℃或低于约0℃的温度。由于中和反应放热，所以单体和任何交联剂的混合溶液可逐滴加入到冷却的氢氧化物溶液中。为了使所得的氢氧化物、单体和交联剂的混合物凝胶化，可以加入引发剂，例如过硫酸钾。然后使混合物形成pge。可以改变成分的量和浓度以获得不同机械强度的水凝胶。
[0077]
包括离子液体的电解质也可用于形成pge，包括本文所述的任何离子液体。为了使用离子液体形成pge，可以制备任何添加剂(其可在合适的溶剂中)的溶液，并且可以添加单体。该单体可以是任何合适的单体。例如，丙烯酰胺可用作离子液体的聚合试剂。对于该溶液，离子液体和添加剂溶液可以与引发剂混合。可以使用与聚合试剂一起使用的任何合适的引发剂。例如，偶氮二异丁腈可以与丙烯酰胺一起使用。引发剂可以以合适的量加入，例如以聚合试剂的约1wt％的量来加入。然后加热最终的溶液以形成聚合凝胶。
[0078]
包含溶解在有机溶剂中的盐的有机电解质也可以胶凝化以形成阳极电解质和/或阴极电解质。例如，锂离子导电电解质可以使用多种聚合技术，例如开环聚合、光引发自由基聚合、uv引发自由基聚合、热引发聚合、原位聚合、uv辐照、静电纺丝和其他技术来胶凝化。锂电解质可以包括在诸如碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸乙酯甲基酯及它们的组合的有机溶剂中的六氟磷酸锂(lipf6)、高氯酸锂、双(三氟甲磺酰基)酰亚胺锂、双(草酸)硼酸锂及它们的组合。示例性的混合物可包括混合在碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯的溶剂混合物中的1m lipf6。还存在可以作为混合物使用的其他溶剂，以降低有机电解质的可燃性。
[0079]
有机电解质可通过将所选的盐与有机溶剂混合而胶凝化。然后可以添加胶凝剂和引发剂。胶凝剂可以以混合物的约0.1wt％至约5wt％的量来加入，引发剂可以以混合物的约0.01wt％至约1wt％的量来加入。在一些实施方式中，用于有机电解质的合适的胶凝剂可以包括季戊四醇四丙烯酸酯，以及引发剂可以包括偶氮二异丁腈。通过将所得到的混合物加热到约50-90℃，或加热至约70℃并保持1-24小时可将所得混合物凝胶化(例如，聚合)。
[0080]
对于酸性或中性的水性电解质，可以通过多种方法进行聚合。在一实施方式中，用于制备固态凝胶化水性酸性或中性电解质的方法可以包括将丙烯酰胺加入到包含硫酸锰、h2so4、硫酸铵、高锰酸钾和/或硫酸的溶液中。可以将包含丙烯酰胺的胶凝剂加入到溶液中，并在约70-90℃的温度下混合至少一小时，直至溶液均质化。溶液混合均匀后，可向该溶液中加入交联剂和引发剂，并混合2-48小时，直到溶液胶凝化。
[0081]
最终的电池或电池设计将具有含较低pge碱性浓度的阴极和含较高pge碱性浓度的阳极，并且具有防止这两种pge相互混合的隔离件或缓冲层。这种具有双电解质的最终电池允许高可逆性以及改进地或最大限度地利用电极，从而，具有更高的能量密度。
[0082]
实施例
[0083]
已经对实施方式进行了整体性描述，下面的实施例以本技术的具体实施方式的形式给出，并用于证实本技术的实践和优点。可以理解的是，所述实施例是以说明的方式给出的，并不旨在以任何方式限制说明书或权利要求书。
[0084]
实施例1
[0085]
在水性10wt％的低koh浓度下测试mno2阴极的性能。阴极由80wt％的mno2(emd)、15wt％的石墨和5wt％的特氟龙的组成，压制在镍集电器上。实验中的对电极为烧结镍。本实验避免zn作为阳极，以消除zn水性koh中对mno2性能的任何不利影响。玻璃纸用作隔离件。在汞/氧化汞(hg/hgo)参照电极上监测电池电位。在理论单电子容量(308mah/g)的40％利用率下循环阴极。
[0086]
该电池的性能如图6所示。由于mn离子的溶解度低，电池在低koh浓度下能稳定循环。电池在每次循环的充放电容量方面没有衰减。如果电池电位相对于hg|hgo达到-0.4v，那么这将表明容量衰减损失，然而，如图6所示，阴极能够在电压限制下释放其～150mv的容量。相对于hg|hgo的-0.4v对应于相对于zn阳极的～1v，这将是实际电池的放电电位的终点。而koh浓度》25wt％下的类似电池，由于mn离子的高溶解度，将导致较快的容量衰减。
[0087]
实施例2
[0088]
测试了zn网阳极在高浓度pge中的循环性能。pge由45wt％的koh制成，其中在胶凝化过程后，其为约30wt％，如图4所示。购自商业供应商的zn网在以超大的(oversized)zn阳极作为对电极的电池中进行测试。这个超大的锌阳极也作为电池中的参照。玻璃纸用作隔离件。zn网在高浓度pge中的循环性能如图7所示，其中可以看出在凝胶化网络中zn网的性能非常稳定。
[0089]
实施例3
[0090]
在双电解质设计下测试完整mno2|zn电池的全放电性能。阴极由80wt％的mno2(emd)、15wt％的石墨和5wt％的特氟龙组成，压制在镍集电器上。mno2阴极覆盖有由低koh浓度(20wt％)制成的pge，而zn网阳极覆盖有由高koh浓度(50wt％)制成的pge。聚乙烯醇(pva)用作隔离件。将电池进行循环以获得最大的放电性能。性能如图8所示，其中可以看出双电解质电池在放电结束时能够释放1e的容量。
[0091]
实施例4
[0092]
在双电解质设计下测试完整mno2|zn电池的可循环性。阴极由80wt％的mno2(emd)、15wt％的石墨和5wt％的特氟龙组成，压制在镍集电器上。阳极由95wt％的zn粉(掺杂有铋和铟)和5wt％的特氟龙组成。mno2阴极覆盖有由低koh浓度(25wt％)制成的pge，而zn网阳极覆盖有由高koh浓度(45wt％)制成的pge。聚乙烯醇(pva)用作隔离件。该电池的循环性能如图9所示，其中它被设计为释放mno2的40％的单电子容量。从性能上可以看出，在电池电压(1v)结束之前，电池能够稳定循环并释放设计的容量。
[0093]
实施例5
[0094]
在双电解质设计下测试完整mno2|zn电池的可循环性，其中阴极pge具有嵌入在其骨架内的膨胀碳以促进mno2性能。阴极由80wt％的mno2(emd)、15wt％的石墨和5wt％的特氟龙组成，压制在镍集电器上。阳极由zn网组成。mno2阴极覆盖有由低koh浓度(25wt％)制成的pge，该pge具有在凝胶化过程中嵌入在其骨架内的膨胀石墨(bnb-90)，而zn网阳极覆盖有由高koh浓度(54wt％)制成的pge。聚乙烯醇(pva)用作隔离件。该电池的循环性能如图10所示，其中它被设计为释放mno2的40％的单电子容量。从性能上可以看出，在电池电压(1v)结束之前，电池能够稳定循环并释放设计的容量。膨胀石墨包含在骨架中用于作为捕获溶解的mn离子(如果存在)的源。石墨在pge中作为导电骨架，使mn如果从局部电极骨架中溶解出来时再将其沉积。在电荷作用下，该沉积的mn可以转换回其4+价态。
[0095]
实施例6
[0096]
在双电解质设计下测试完整mno2|zn电池的可循环性，其中阴极是致密化的。阴极由80wt％的mno2(emd)、15wt％的石墨和5wt％的特氟龙组成，压制在镍集电器上。阳极由zn网组成。mno2阴极覆盖有由低koh浓度(20wt％)制成的pge，而zn网阳极覆盖有由高koh浓度(50wt％)制成的pge。聚乙烯醇(pva)用作隔离件。该电池的循环性能如图11所示，其中它被设计为释放mno2的40％的单电子容量。从性能上可以看出，在电池电压(1v)结束之前，电池能够稳定循环并释放设计的容量。致密化的阴极和较低浓度的pge有助于改善电池的电压行为。
[0097]
本文已经描述了各种电池、系统和方法，特定方面可包括但不限于：
[0098]
在第一方面中，一种双电解质电池，包括：阴极；阳极；与所述阴极接触的阴极电解质，其中所述阴极电解质包括第一凝胶电解质溶液；和与所述阳极接触的阳极电解质，其中所述阳极电解质包括第二凝胶电解质溶液；其中所述阳极电解质中的电解质浓度高于所述阴极电解质中的电解质浓度。
[0099]
第二方面可包括第一方面的电池，其进一步包括：设置在所述阳极电解质和所述阴极电解质之间的隔离件。
[0100]
第三方面可包括第一方面的电池，其进一步包括：设置在所述阳极电解质和所述阴极电解质之间的缓冲层，其中，所述缓冲层包括第三凝胶电解质溶液。
[0101]
第四方面可包括第一至第三方面中任一项的电池，其中，所述第一凝胶电解质溶液的粘度高于所述第二凝胶电解质溶液的粘度。
[0102]
第五方面可包括第一至第四方面中任一项的电池，其中，所述阴极包括活性材料，并且其中，所述活性材料包括以下中的至少一种：锰氧化物；锂锰氧化物；铝锰氧化物；锌锰氧化物；铜锰氧化物；铋锰氧化物；铜插层水钠锰矿；铜插层铋水钠锰矿；锡掺杂锰氧化物；镁锰氧化物；银氧化物；银二氧化物；银；羟基氧化镍；氢氧化镍；镍；铅氧化物；铜氧化物；铜二氧化物；铅；铅二氧化物；过硫酸钾；过硫酸钠；过硫酸铵；高锰酸钾；高锰酸钙；高锰酸钡；高锰酸银；高锰酸铵；过氧化物；金；高氯酸盐；钴氧化物；锂钴氧化物；钠钴氧化物；高氯酸盐；镍氧化物；溴；汞；钒氧化物；铋钒氧化物；对苯二酚；杯[4]醌；四氯苯醌；1,4-萘醌；9,10-蒽醌；1,2-萘醌；9,10-菲醌；氮氧化物-氧化铵阳离子氧化还原对，如(2,2,6,6-四甲基哌啶-1-基)氧基(tempo)；碳；2,3-二氰基-5,6-二氯二氰基醌；四氰基乙烯；三氧化硫；臭氧；氧气；空气；锂镍锰钴氧化物；硫；磷酸铁锂；锂铜氧化物；磷酸氧铜锂；以及它们的任意混合物。
[0103]
第六方面可包括第一至第五方面中任一项的电池，其中，所述阴极包括导电碳，并且其中，所述导电碳包括石墨、碳纤维、炭黑、乙炔黑、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、镍或铜涂覆的碳纳米管、单壁碳纳米管的分散体、多壁碳纳米管的分散体、石墨烯、石墨炔、氧化石墨烯和它们的组合。
[0104]
第七方面可包括第一至第六方面中任一项的电池，其中，所述阴极包括粘合剂，并且其中，所述粘合剂包括聚四氟乙烯、羧甲基纤维素、聚乙烯醇，或它们的组合。
[0105]
第八方面可包括第一至第七方面中任一项的电池，其中，所述阴极包括1wt％至95wt％的活性材料，4wt％至98wt％的导电碳，和1wt％至5wt％的粘合剂。
[0106]
第九方面可包括第一至第八方面中任一项的电池，其中，所述阴极包括在集电器
上的压制阴极材料，其中所述集电器包括碳、铅、锌、不锈钢、铜、镍、银、铋、钛、镁、铝、铟、锡、金、聚丙烯，或它们的组合。
[0107]
第十方面可包括第九方面的电池，其中，所述集电器是网、箔、泡沫、毡、纤维、多孔块状结构，或它们的组合。
[0108]
第十一方面可包括第一至第十方面中任一项的电池，其中，所述阳极包括阳极活性材料，并且其中，所述阳极活性材料包括锌、铝、铁、铜、铋、锡、锂、镁、钙、钛或，它们的组合。
[0109]
第十二方面可包括第一至第十一方面中任一项的电池，其中，所述阳极包括90％至100％的活性材料和0％至10％的粘合剂。
[0110]
第十三方面可包括第一至第十二方面中任一项的电池，其中，所述阳极包括粘合剂，并且其中，所述粘合剂包括聚四氟乙烯、羧甲基纤维素、聚乙烯醇，或它们的组合。
[0111]
第十四方面可包括第一至第十三方面中任一项的电池，其中，所述第一凝胶电解质溶液包括嵌入在凝胶中的碱性溶液，并且其中所述碱性溶液的浓度范围为1wt％至25wt％。
[0112]
第十五方面可包括第一至第十四方面中任一项的电池，其中，所述第二凝胶电解质溶液包括嵌入在凝胶中的碱性溶液，并且其中所述碱性溶液的浓度范围为20wt％至55wt％。
[0113]
第十六方面可包括第一至第十五方面中任一项的电池，其中，所述碱性溶液包括氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化锂、氢氧化铯，或它们的组合。
[0114]
第十七方面可包括第一至第十六方面中任一项的电池，其中，阳极电解质、阴极电解质或这两者包括一种或多种电解质添加剂，其中，所述电解质添加剂包括膨胀石墨、碳纳米管、炭黑、氧化石墨烯、石墨烯、碳酸钾、氟化钾、氢氧化钡、聚四氟乙烯、氢氧化铟、氧化铋、氧化钛、纤维素纤维，或它们的组合。
[0115]
第十八方面可包括第一至第十七方面中任一项的电池，进一步包括：设置在所述阳极电解质和所述阴极电解质之间的隔离件或缓冲层中的至少一个，并且其中，所述隔离件或缓冲层中的至少一个包括玻璃纸、卡尔格德(celgard)、聚乙烯醇、交联聚乙烯醇、氢氧化钙、聚合物凝胶电解质、层状双氢氧化物、nasicon、lisicon，或它们的组合。
[0116]
在第十九方面中，一种双电解质电池，包括：阴极；阳极；与所述阴极接触的阴极电解质，其中所述阴极电解质包括第一凝胶电解质溶液；和与所述阳极接触的阳极电解质，其中所述阳极电解质包括第二凝胶电解质溶液；其中所述第一凝胶电解质溶液和所述第二凝胶电解质溶液包括氢氧化物，并且其中所述阳极电解质中的氢氧化物浓度高于所述阴极电解质中的氢氧化物的浓度。
[0117]
第二十方面可包括第十九方面的电池，进一步包括：设置在所述阳极电解质和所述阴极电解质之间的隔离件。
[0118]
第二十一方面可包括第十九或第二十方面的电池，进一步包括：设置在所述阳极电解质和所述阴极电解质之间的缓冲层，其中，所述缓冲层包括第三凝胶电解质溶液。
[0119]
第二十二方面可包括第十九至第二十一方面中的任一项的电池，其中所述第一凝胶电解质溶液的粘度高于所述第二凝胶电解质溶液的粘度。
[0120]
第二十三方面可包括第十九至第二十二方面中任一项的电池，其中，所述第一凝
胶电解质溶液中氢氧化物的浓度范围为1wt％至5wt％。
[0121]
第二十四方面可包括第十九至第二十三方面中任一项的电池，其中，所述第二凝胶电解质溶液中氢氧化物的浓度范围为20wt％至55wt％。
[0122]
第二十五方面可包括第十九至第二十四方面中任一项的电池，其中，所述氢氧化物包括氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化锂、氢氧化铯，或它们的组合。
[0123]
在第二十六方面中，一种形成双电解质电池的方法，包括：设置与阴极接触的阴极电解质，其中，所述阴极电解质包括第一凝胶电解质溶液；设置与阳极接触的阳极电解质，其中，所述阳极电解质包括第二凝胶电解质溶液，其中所述阳极电解质中的氢氧化物浓度高于所述阴极电解质中的氢氧化物浓度；和在所述阳极电解质和所述阴极电解质之间设置隔离件或缓冲层中的至少一个。
[0124]
第二十七方面可包括第二十六方面的方法，进一步包括在壳体中设置所述阴极电解质、所述阳极电解质、所述阳极和所述阴极以形成电池。
[0125]
第二十八方面可包括第二十六或第二十七方面的方法，其中，所述缓冲层包括第三凝胶电解质溶液。
[0126]
第二十九方面可包括第二十六至第二十八方面中任一项的方法，其中，所述第一凝胶电解质溶液的粘度高于所述第二凝胶电解质溶液的粘度。
[0127]
第三十方面可包括第二十六至第二十九方面中任一项的方法，其中，所述第一凝胶电解质溶液中氢氧化物的浓度范围为1wt％至25wt％。
[0128]
第三十一方面可包括第二十六至第三十方面中任一项的方法，其中，所述第二凝胶电解质溶液中氢氧化物的浓度范围为20wt％至55wt％。
[0129]
第三十二方面可包括第二十六至第三十一方面中任一项的方法，其中，所述氢氧化物包括氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化锂、氢氧化铯，或它们的组合。
[0130]
这里参照附图讨论实施方式。然而，本领域的技术人员将容易理解的是，本文中给出的关于这些附图的详细描述是为了解释的目的，而系统和方法超出了这些有限的实施方式。例如，应当理解的是，鉴于本说明书的教导，本领域的技术人员根据特定应用的需要，除了下面描述和示出的实施例中的特定实现选择之外，将认识到实施本文描述的任何给定细节的功能的多种替代的和合适的方法。也就是说，存在大量的修改和变型，而这些修改和变型太多而无法列出，但是它们都在本说明书的范围内。此外，在适当的情况下，单数形式的词应理解为复数，反之亦然，阳性词应理解为阴性词，反之亦然，并且替代实施方式不一定意味着两者是互斥的。
[0131]
应当进一步理解，本说明书不限于本文描述的特定方法、化合物、材料、制造技术、用途和应用，因为这些均是可以变化的。还应当理解的是，本文使用的术语仅用于描述特定实施方式的目的，并不旨在限制本系统和方法的范围。必须注意的是，如本文和所附权利要求(在本技术或其任何衍生申请中)中所使用的，除非上下文另有明确规定，否则单数形式“一个/种(a)”、“一个/种(an)”和“该(the)”包括复数引用。因此，例如，对“一个要素”的引用是对一个或多个要素的引用，并且包括本领域技术人员已知的等同物。所有使用的连词都应该尽可能在最广泛的意义上理解因此，除非上下文明确需要，否则词语“或”应该被理解为具有逻辑“或”的定义，而不是逻辑“排他或”的定义。本文描述的结构也应理解为是指这种结构的功能等同物。除非上下文另有明确规定，否则构成表示“近似”的语言同样应该
如此理解。
[0132]
除非另有定义，否则本文使用的所有技术和科学术语具有与本说明书所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同的含义。尽管在本系统和方法的实践或测试中可以使用与本文描述的那些类似或等同的任何方法、技术、装置或材料，但是仍然描述了优选的方法、技术、装置和材料。本文描述的结构也应理解为是指这种结构的功能等同物。现将参考附图所示的实施方式来对本系统和方法进行详细描述。
[0133]
通过阅读本技术，其他变型和修改对于本领域技术人员来说将是显而易见的。这种变型和修改可以涉及本领域中已知的且可用来替代或补充本文已经描述的特征的等同物和其他特征。
[0134]
尽管权利要求可以在本技术或由其衍生的任何其他申请中构成为特征的特定组合，但是应当理解的是，本技术的范围还包括本文明确或隐含公开的任何新颖特征或特征的任何新颖组合或其任何概括，无论其是否涉及如任何权利要求中当前要求保护的相同系统或方法，也无论其是否减轻了与本系统和方法相同的任何或所有技术问题。
[0135]
在不同实施方式的上下文中描述的特征也可以在单个实施方式中组合地提供。相反，为了简洁起见，在单个实施方式的上下文中描述的各种特征也可以单独提供或者以任何合适的子组合的形式提供。申请人在此阐明的是，在本技术或由其衍生的任何进一步申请的过程中，可以对这些特征和/或这些特征的组合提出新的权利要求。
技术特征：1.一种双电解质电池，包括：阴极；阳极；与所述阴极接触的阴极电解质，其中所述阴极电解质包括第一凝胶电解质溶液；和与所述阳极接触的阳极电解质，其中所述阳极电解质包括第二凝胶电解质溶液，其中所述阳极电解质中的电解质浓度高于所述阴极电解质中的电解质浓度。2.根据权利要求1所述的电池，进一步包括：设置在所述阳极电解质和所述阴极电解质之间的隔离件。3.根据权利要求1所述的电池，进一步包括：设置在所述阳极电解质和所述阴极电解质之间的缓冲层，其中，所述缓冲层包括第三凝胶电解质溶液。4.根据权利要求1所述的电池，其中，所述第一凝胶电解质溶液的粘度高于所述第二凝胶电解质溶液的粘度。5.根据权利要求1所述的电池，其中，所述阴极包括活性材料，并且其中，所述活性材料包括以下中的至少一种：锰氧化物；锂锰氧化物；铝锰氧化物；锌锰氧化物；铜锰氧化物；铋锰氧化物；铜插层水钠锰矿；铜插层铋水钠锰矿；锡掺杂锰氧化物；镁锰氧化物；银氧化物；银二氧化物；银；羟基氧化镍；氢氧化镍；镍；铅氧化物；铜氧化物；铜二氧化物；铅；铅二氧化物；过硫酸钾；过硫酸钠；过硫酸铵；高锰酸钾；高锰酸钙；高锰酸钡；高锰酸银；高锰酸铵；过氧化物；金；高氯酸盐；钴氧化物；锂钴氧化物；钠钴氧化物；高氯酸盐；镍氧化物；溴；汞；钒氧化物；铋钒氧化物；对苯二酚；杯[4]醌；四氯苯醌；1,4-萘醌；9,10-蒽醌；1,2-萘醌；9,10-菲醌；氮氧化物-氧化铵阳离子氧化还原对，如(2,2,6,6-四甲基哌啶-1-基)氧基(tempo)；碳；2,3-二氰基-5,6-二氯二氰基醌；四氰基乙烯；三氧化硫；臭氧；氧气；空气；锂镍锰钴氧化物；硫；磷酸铁锂；锂铜氧化物；磷酸氧铜锂；以及它们的任意混合物。6.根据权利要求1所述的电池，其中，所述阴极包括导电碳，并且其中，所述导电碳包括石墨、碳纤维、炭黑、乙炔黑、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、镍或铜涂覆的碳纳米管、单壁碳纳米管的分散体、多壁碳纳米管的分散体、石墨烯、石墨炔、氧化石墨烯和它们的组合。7.根据权利要求1所述的电池，其中，所述阴极包括粘合剂，并且其中，所述粘合剂包括聚四氟乙烯、羧甲基纤维素、聚乙烯醇，或它们的组合。8.根据权利要求1所述的电池，其中，所述阴极包括1wt％至95wt％的活性材料，4wt％至98wt％的导电碳，和1wt％至5wt％的粘合剂。9.根据权利要求1所述的电池，其中，所述阴极包括在集电器上的压制阴极材料，其中所述集电器包括碳、铅、锌、不锈钢、铜、镍、银、铋、钛、镁、铝、铟、锡、金、聚丙烯，或它们的组合。10.根据权利要求9所述的电池，其中，所述集电器是网、箔、泡沫、毡、纤维、多孔块状结构，或它们的组合。11.根据权利要求1所述的电池，其中，所述阳极包括阳极活性材料，并且其中，所述阳极活性材料包括锌、铝、铁、铜、铋、锡、锂、镁、钙、钛，或它们的组合。12.根据权利要求1所述的电池，其中，所述阳极包括90％至100％的活性材料和0％至10％的粘合剂。
13.根据权利要求1所述的电池，其中，所述阳极包括粘合剂，并且其中，所述粘合剂包括聚四氟乙烯、羧甲基纤维素、聚乙烯醇，或它们的组合。14.根据权利要求1所述的电池，其中，所述第一凝胶电解质溶液包括嵌入在凝胶中的碱性溶液，并且其中所述碱性溶液的浓度范围为1wt％至25wt％。15.根据权利要求1所述的电池，其中，所述第二凝胶电解质溶液包括嵌入在凝胶中的碱性溶液，并且其中所述碱性溶液的浓度范围为20wt％至55wt％。16.根据权利要求1所述的电池，其中，所述碱性溶液包括氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化锂、氢氧化铯，或它们的组合。17.根据权利要求1所述的电池，其中，阳极电解质、阴极电解质或这两者包括一种或多种电解质添加剂，其中，所述电解质添加剂包括膨胀石墨、碳纳米管、炭黑、氧化石墨烯、石墨烯、碳酸钾、氟化钾、氢氧化钡、聚四氟乙烯、氢氧化铟、氧化铋、氧化钛、纤维素纤维，或它们的组合。18.根据权利要求1所述的电池，进一步包括：设置在所述阳极电解质和所述阴极电解质之间的隔离件或缓冲层中的至少一个，并且其中，所述隔离件或缓冲层中的至少一个包括玻璃纸、卡尔格德、聚乙烯醇、交联聚乙烯醇、氢氧化钙、聚合物凝胶电解质、层状双氢氧化物、nasicon、lisicon，或它们的组合。19.一种双电解质电池，包括：阴极；阳极；与所述阴极接触的阴极电解质，其中所述阴极电解质包括第一凝胶电解质溶液；和与所述阳极接触的阳极电解质，其中所述阳极电解质包括第二凝胶电解质溶液，其中所述第一凝胶电解质溶液和所述第二凝胶电解质溶液包括氢氧化物，并且其中所述阳极电解质中的氢氧化物浓度高于所述阴极电解质中的氢氧化物的浓度。20.根据权利要求19所述的电池，进一步包括：设置在所述阳极电解质和所述阴极电解质之间的隔离件。21.根据权利要求19所述的电池，进一步包括：设置在所述阳极电解质和所述阴极电解质之间的缓冲层，其中，所述缓冲层包括第三凝胶电解质溶液。22.根据权利要求19所述的电池，其中，所述第一凝胶电解质溶液的粘度高于所述第二凝胶电解质溶液的粘度。23.根据权利要求19所述的电池，其中，所述第一凝胶电解质溶液中氢氧化物的浓度范围为1wt％至5wt。24.根据权利要求19所述的电池，其中，所述第二凝胶电解质溶液中氢氧化物的浓度范围为20wt％至55wt％。25.根据权利要求19所述的电池，其中，所述氢氧化物包括氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化锂、氢氧化铯，或它们的组合。26.一种形成双电解质电池的方法，所述方法包括：设置与阴极接触的阴极电解质，其中，所述阴极电解质包括第一凝胶电解质溶液；设置与阳极接触的阳极电解质，其中，所述阳极电解质包括第二凝胶电解质溶液，其中
所述阳极电解质中的氢氧化物浓度高于所述阴极电解质中的氢氧化物浓度；和在所述阳极电解质和所述阴极电解质之间设置隔离件或缓冲层中的至少一个。27.根据权利要求26所述的方法，进一步包括：在壳体中设置所述阴极电解质、所述阳极电解质、所述阳极和所述阴极以形成电池。28.根据权利要求26所述的方法，其中，所述缓冲层包括第三凝胶电解质溶液。29.根据权利要求26所述的方法，其中，所述第一凝胶电解质溶液的粘度高于所述第二凝胶电解质溶液的粘度。30.根据权利要求26所述的方法，其中，所述第一凝胶电解质溶液中氢氧化物的浓度范围为1wt％至25wt％内。31.根据权利要求26所述的方法，其中，所述第二凝胶电解质溶液中氢氧化物的浓度范围为20wt％至55wt％内。32.根据权利要求26所述的方法，其中，所述氢氧化物包括氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化锂、氢氧化铯，或它们的组合。
技术总结本申请涉及一种双电解质电池，包括阴极、阳极、与阴极接触的阴极电解质和与阳极接触的阳极电解质。所述阴极电解质包括第一凝胶电解质溶液，所述阳极电解质包括第二凝胶电解质溶液。阳极电解质中的电解质浓度高于阴极电解质中的电解质浓度。中的电解质浓度。中的电解质浓度。
技术研发人员：乔达摩
受保护的技术使用者：城市电力公司
技术研发日：2020.12.23
技术公布日：2022/11/1
