提高管式钠氯化物电池功率密度的方法以及管式钠氯化物电池技术

本发明专利技术涉及提高管式钠氯化物电池功率密度的方法以及管式钠氯化物电池，所述方法为在管式钠氯化物电池用beta-Al

Method for improving power density of tubular sodium chloride cell and tubular type sodium chloride cell

The present invention relates to a method for increasing the power density of a tubular type of sodium chloride cell and a tubular type sodium chloride cell for beta-Al in a tubular sodium chloride cell

【技术实现步骤摘要】
提高管式钠氯化物电池功率密度的方法以及管式钠氯化物电池
本专利技术涉及一种提高管式钠氯化物电池功率密度的方法以及一种管式钠氯化物电池，具体地讲涉及一种在beta-Al2O3电解质陶瓷管表面设置一层纳米阵列管的结构。
技术介绍
钠－氯化物电池，又称ZEBRA电池，具有开路电压高、比能量高、能量转换效率高、维护简便等优点。此外，钠-氯化物电池耐过充、过放，短路时呈低电流模式，不会放出大量的热，因而不会发生燃烧或者爆炸等安全事故。正是由于其无可比拟的高安全性的特点，钠－氯化物电池的应用领域非常广泛，包括电动汽车、通信基站、分布式储能、智能电网削峰填谷、潜艇动力电池等。然而，由于自身重力的作用以及放电过程中金属钠的消耗，随着放电深度的增加，金属钠与电解质陶瓷管的接触面积逐渐减小，使得钠－氯化物电池的功率密度下降，限制了其作为电动汽车动力电源等方面的应用。对陶瓷电解质表面进行修饰或改性是改善金属钠与beta-Al2O3保持良好接触的重要途径之一，研究者进行了大量的研究工作。专利UKPatentApplication2067005报道了在beta-Al2O3固体电解质上包覆一层金属铅或铋；专利PCT/GB90/01584，WO91/06133通过包覆低熔点的钠离子导体胺基钠；专利UKPatent1530274&1511152、CN102646833A、CN103094629A等通过在beta-Al2O3陶瓷表面包覆或生长一层多孔金属膜、多孔碳膜或多孔导电复合膜等均在一定程度上改善了金属钠在beta-Al2O3电解质陶瓷表面的润湿性。对平板式钠氯化物电池而言，上述技术手段能够有效解决金属钠与beta-Al2O3陶瓷的接触问题，但对于管式钠氯化物电池，由于电解质管的长径比较大，在金属钠自身重力的作用下，上述修饰层毛细管力的作用被大大削弱，难以实现beta-Al2O3电解质陶瓷管表面金属钠的全覆盖。此外，随着放电深度的增加，负极金属钠的量不断减少，从而造成beta-Al2O3电解质管被金属钠覆盖的面积逐渐减小，电池的极化变大，功率密度下降。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是解决管式钠氯化物电池在放电过程中，金属钠与beta-Al2O3电解质管接触面积逐渐减少，进而造成电池功率密度下降的问题。一方面，本专利技术提供一种提高管式钠氯化物电池功率密度的方法，在管式钠氯化物电池用beta-Al2O3电解质陶瓷管表面涂覆或原位生长导电纳米阵列管，并使所述阵列管的中心轴与所述beta-Al2O3电解质陶瓷管的中心轴保持平行，并向纳米阵列管的孔道中注入金属钠。根据本专利技术，放电过程中，当内层纳米管孔道中的金属钠被不断消耗时，外层纳米管孔道中的金属钠在毛细管力的作用下不断向内层纳米管孔道中迁移，保证了在整个放电过程中beta-Al2O3电解质管表面均被金属钠全覆盖，有效地提高了钠氯化物电池的功率密度。而且阵列管为具有电子导电性的材料，将其均匀地包覆在beta-Al2O3电解质陶瓷管的表面，起到集流作用，改善了电子在beta-Al2O3电解质表面的传导特性，有利于降低管式钠氯化物电池的极化。较佳地，所述的涂覆方法包括手工或机械涂覆、浸涂、喷涂、丝网印刷、或蒸镀。较佳地，所述的原位生长方法包括化学原位生长、气相沉积、静电纺丝、或电镀。较佳地，所述的阵列管为金属管、碳管或其复合物。较佳地，所述的阵列管单管内径为10nm～0.5mm，单管壁厚为5nm～0.2mm，单管的长度与所述beta-Al2O3电解质陶瓷管的长度匹配。较佳地，所述的阵列管的层数不小于2，阵列管的厚度为40nm～2mm。另一方面，本专利技术提供一种管式钠氯化物电池，其包括正极、beta-Al2O3电解质陶瓷管以及钠负极，所述beta-Al2O3电解质陶瓷管的表面具有导电纳米阵列管，所述阵列管的中心轴与所述beta-Al2O3电解质陶瓷管的中心轴保持平行，所述阵列管的孔道中注入有金属钠。本专利技术的管式钠氯化物电池中，beta-Al2O3电解质陶瓷管的表面(负极侧)具有导电纳米阵列管，且阵列管的孔道中注入有金属钠，在放电过程中，当内层纳米管孔道中的金属钠被不断消耗时，外层纳米管孔道中的金属钠在毛细管力的作用下不断向内层纳米管孔道中迁移，保证了在整个放电过程中beta-Al2O3电解质管表面均被金属钠全覆盖，因此本专利技术的管式钠氯化物电池具有较高的功率密度。而且阵列管为具有电子导电性的材料，将其均匀地包覆在beta-Al2O3电解质陶瓷管的表面，起到集流作用，改善了电子在beta-Al2O3电解质表面的传导特性，有利于降低管式钠氯化物电池的极化。较佳地，所述的阵列管为金属管、碳管或其复合物。较佳地，所述的阵列管单管内径为10nm～0.5mm，单管壁厚为5nm～0.2mm，单管的长度与所述beta-Al2O3电解质陶瓷管的长度匹配。较佳地，所述的阵列管的层数不小于2，阵列管的厚度为40nm～2mm。附图说明图1本专利技术中beta-Al2O3电解质陶瓷管表面涂覆纳米阵列管示意图；图2本专利技术中beta-Al2O3电解质陶瓷管表面涂覆纳米阵列管且阵列管中注入有金属钠的示意图；图3本专利技术中未涂覆纳米阵列管的beta-Al2O3电解质陶瓷及其表面金属钠分布图；图4本专利技术中涂覆纳米阵列管的beta-Al2O3电解质陶瓷及其表面金属钠分布图；图5本专利技术中beta-Al2O3电解质陶瓷管表面未涂覆纳米阵列管时的阻抗谱(50％DOD)；图6本专利技术中beta-Al2O3电解质陶瓷管表面涂覆纳米阵列管后的阻抗谱(50％DOD)。具体实施方式以下，参照附图，并结合下述实施方式进一步说明本专利技术。应理解，附图和/或具体实施方式仅用于说明本专利技术而非限制本专利技术。钠氯化物电池在放电过程中，随着放电深度的增加，负极金属钠的量不断减少，从而造成beta-Al2O3电解质管被金属钠覆盖的面积逐渐减小，电池的极化变大，功率密度下降。对此，本专利技术提出了在beta-Al2O3电解质陶瓷管表面涂覆或原位生长一层纳米阵列管，使阵列管的中心轴与电解质管的中心轴保持平行，再向纳米阵列管的孔道中注入少量的金属钠。在放电过程中，外层纳米管孔道中的金属钠在毛细管力的作用下不断向内层纳米管孔道中迁移，从而保证了在整个放电过程中beta-Al2O3电解质管表面均被金属钠全覆盖，有效地提高了钠氯化物电池的功率。如图1所示，在管式钠氯化物电池用beta-Al2O3电解质陶瓷管表面涂覆或原位生长纳米阵列管，并使阵列管的中心轴与电解质管的中心轴保持平行。再如图2所示，在电池装配过程中，除了作为负极的钠以外，还向纳米阵列管的孔道中注入少量的金属钠，例如可注入纳米阵列管长度的十分之一到三分之一。所述的beta-Al2O3电解质陶瓷管的形状包括但不限于圆管、方管、扁管、四叶草状等。所述的阵列管可为金属管、碳管、其他导电管或其复合物。作为阵列管的金属材料，包括但不限于镍、Fe、Al、Cu。所述的涂覆方法包括但不限于手工或机械涂覆、浸涂、喷涂、丝网印刷、蒸镀等。所述的原位生长方法包括但不限于化学原位生长、气相沉积、静电纺丝、电镀等。原位生长纳米阵列管的文献有“UniformMetalNanotubeArraysbyMultistepTemplat本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高管式钠氯化物电池功率密度的方法，其特征在于，在管式钠氯化物电池用beta‑Al

【技术特征摘要】
1.一种提高管式钠氯化物电池功率密度的方法，其特征在于，在管式钠氯化物电池用beta-Al2O3电解质陶瓷管表面涂覆或原位生长导电纳米阵列管，并使所述阵列管的中心轴与所述beta-Al2O3电解质陶瓷管的中心轴保持平行，并向纳米阵列管的孔道中注入金属钠。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的涂覆方法包括手工或机械涂覆、浸涂、喷涂、丝网印刷、或蒸镀。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的原位生长方法包括化学原位生长、气相沉积、静电纺丝、或电镀。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述的阵列管为金属管、碳管或其复合物。5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述的阵列管单管内径为10nm～0.5mm，单管壁厚为5nm～0.2mm，单管的长度与所述beta-Al2O3电解质陶瓷管的长度匹配。6.根据权利要求1至...

【专利技术属性】
技术研发人员：温兆银，吴相伟，吴田，朱咏民，胡英瑛，靳俊，吴梅芬，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，华顺天盛北京投资管理有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31