本发明属于电化学储能，具体涉及一种分子催化剂/活性炭复合材料及其制备方法和用途。
背景技术：
1、随着人类工业的大幅发展，化石能源的消耗急剧增加，整个地球的生态受到很大影响。近年来，温室效应的加剧使得“碳减排”和“碳中和”成为世界各个国家共同努力的目标。通过化学反应直接转化为电能的电化学储能系统应用贯穿于智能电网和能源互联网的整个电力系统，在发电、输电、用电量等多方面都有广泛应用。因锌金属具有原料丰富廉价、安全环境、理论比容量较高等优势，水系锌电池在大规模储能领域(如智能电网)具有重要应用前景。
2、可充电水性锌碘电池因优异的能量密度、低成本、和环境友好性被认为是具有潜力的储能体系。碘作为反应活性物质，自然界储量丰富，转化型储能机制避免了晶格畸变与转化，因此具有良好的结构稳定性和循环寿命。然而水系锌碘电池仍然存在一些难题亟待解决，多碘离子的穿梭副反应会造成正极活性材料的溶解，锌负极腐蚀。此外，反应过程中还存在活性碘利用率低，反应动力学缓慢问题。具有电催化活性的分子催化剂的引入，通过对聚碘化物的吸附，实现高速动力学和高效活性碘转化，有效提高了碘/聚碘化物的可逆性、利用率和动力学问题。
3、为了解决以上问题，提出本发明。
技术实现思路
1、本申请提供一种高效的水系锌碘电池催化正极材料，从而实现快速且可逆的碘活性物质转化，提高体系的反应动力学，并抑制聚碘化合物的穿梭现象导致的正极材料溶解和锌负极腐蚀等问题，提高锌碘电池电化学性能。
2、本申请第一方面提供一种分子催化剂/活性炭复合材料，所述复合材料包括：活性炭及负载在所述活性炭上的分子催化剂，所述分子催化剂选自酞菁铁，酞菁镍，酞菁钴，酞菁锰中的一种或几种；
3、所述复合材料主体呈片状堆叠结构。
4、优选地，所述复合材料的活性炭表面具有分子催化剂颗粒，并为均匀分布状态。
5、分子催化剂/活性炭复合材料中，分子催化剂掺杂量为1/7～1/2。
6、掺杂量：指的是分子催化剂在复合材料中的质量占比。
7、本申请第二方面提供第一方面所述的分子催化剂/活性炭复合材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
8、步骤(1)、将分子催化剂、活性炭和溶剂混合得到混合物；
9、其中混合温度为5～45℃；所述分子催化剂选自酞菁铁、酞菁镍、酞菁钴、酞菁锰、酞菁锌中的一种或几种；
10、在所述混合物中，所述分子催化剂的浓度为1～5g/l，所述分子催化剂与活性炭的质量比为1/6～1；
11、步骤(2)、将所述混合物搅拌15～35h后，固液分离，得到的固体即为所述复合材料；
12、或者将所述混合物搅拌0.5～2h后，在500～700w功率下微波加热0.5～10min，固液分离，得到的固体即为所述复合材料。
13、优选地，分子催化剂、活性炭可以先混合后再与溶剂混合。这样分子催化剂和活性炭可以混合更均匀，更利于反应进行。
14、优选地，所述溶剂选自：水、甲酰胺、n-甲基吡咯烷酮、乙醇或者n,n-二甲基甲酰胺。
15、优选地，所述固液分离后还有洗涤和干燥的步骤。
16、优选地，所述分子催化剂选自酞菁铁、酞菁镍、酞菁钴、酞菁锰、酞菁锌中的一种、两种、三种、四种或五种。
17、本申请第三方面提供第一方面所述的分子催化剂/活性炭复合材料用作锌碘电池正极材料的用途。
18、本申请第四方面提供一种锌碘电池，所述锌碘电池的正极包含第一方面任一项所述的分子催化剂/活性炭复合材料。
19、活性炭材料可以用市售方法制得。
20、优选地，所述锌碘电池为水系锌碘电池。
21、本发明第五方面提供一种锌碘电池的制备方法，所述锌离子电池的正极电极片采用以下方法制备：将第一方面任一项所述的分子催化剂/活性炭复合材料制成浆料涂于集流体上，在真空干燥箱中干燥后即可制成锌离子电池的正极电极片。
22、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
23、1、本发明制备的分子催化剂/活性炭复合材料作为锌碘电池正极材料具有优异的电化学性能，在制备的锌碘电池中，其储碘、储锌容量在0.5a/g的小电流密度下，比容量达到510mah/g，当电流密度为20a/g时，仍有313mah/g的比容量(实施例14)。2a/g的电流密度下首次放电过程中达到400mah/g，2000圈可逆循环后容量保持率为90％(实施例2)。这说明制备的组装的锌电池具有较高的比容量和良好的循环寿命。
24、2、本发明的材料具有预料不到的技术效果的原因如下：
25、1)使用分子催化剂/活性炭复合材料，进一步提升了其导电性，酞菁铁材料中的铁单原子通过对碘离子/聚碘化合物的吸附，提供了大量的储能活性位点，提高了材料的容量，这是由于铁单原子结构中的铁是以二价铁离子的价态存在的，碘离子/聚碘化合物具有较强的电负性，会与铁单原子有较强的相互作用，从而产生吸附催化的效果；
26、2)所述材料的比表面积较高，多孔的结构不仅提供较多的存储位点，有利于材料容量的提升，也有利于碘离子在电极表面的吸脱附动力学。
27、3)优选的技术方案中，使用微波法制备分子催化剂/活性炭复合材料，通过微波法的短时加热的特点，调控酞菁铁在活性炭表面的排列堆叠方式，提高复合材料对碘的催化活性。微波法可以将搅拌时间从15～35h缩短到0.5～2h。
28、3、本发明的制备过程特点如下：采用溶剂混合法制备材料，以商业购买的多孔高比表面活性炭(ac)为载体，商业化的酞菁铁(fepc)在n,n-二甲基甲酰胺溶剂中充分混合均匀。微波反应过程中，多孔活性炭为酞菁铁的掺杂提供了更多的位点，很好地分散了铁单原子的活性催化位点，从而避免了分子催化剂聚集的情况出现。且材料制备过程简单，能耗低。
29、4、本发明制备的分子催化剂/活性炭复合材料组装的水系锌碘电池特点如下：分子催化剂/活性炭复合材料制成正极电极片，复合材料负载量为2～3mg/cm2，锌金属为负极片，电解液为3mol/l的硫酸锌和0.5mol/l的碘化钾的混合溶液，电解液中ki溶液作为电化学活性碘源，通过正极片分子催化剂酞菁铁掺杂的复合材料中铁离子对碘离子/聚碘化合物具有较强吸附作用，提高活性碘的利用率，同时促进碘离子/聚碘化合物的转化可逆性以及提高动力学性能；
30、材料的多孔结构和较高的比表面积也有利于碘离子/聚碘化合物的储存，通过微孔的物理限域，抑制了聚碘化合物的穿梭现象，从而使体系获得优异、稳定的电化学性能。
1.一种分子催化剂/活性炭复合材料，其特征在于，所述复合材料包括：活性炭及负载在所述活性炭上的分子催化剂，所述分子催化剂以纳米颗粒形式堆叠在所述活性炭上；
2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，在所述复合材料中，分子催化剂掺杂量为1/7～1/2，所述掺杂量指的是分子催化剂在复合材料中的质量占比。
3.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述分子催化剂在所述活性炭上均匀分布。
4.一种权利要求1所述的分子催化剂/活性炭复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂选自：水、甲酰胺、n-甲基吡咯烷酮、乙醇或者n,n-二甲基甲酰胺。
6.一种锌碘电池，其特征在于，所述锌碘电池的正极包含权利要求1～3任一项所述的分子催化剂/活性炭复合材料。
7.权利要求1～3任一项所述的分子催化剂/活性炭复合材料用作锌碘电池正极材料的用途。
