可自充电的碱性电池制造技术

本发明专利技术公开了一种可自充电的碱性电池。该电池包括：阴极和阳极，至少一个电极是由金属板构成，配置到阴极的电极受体，配置到阳极的电极供体，设置在电极供体和电极受体之间的隔板，包含氢氧化钾水溶液和氢氧化钠水溶液并具有选自氧化铝、氧化镁和氧化硅的至少一种粉末材料的电解质。该电池具有可自充电的能力，稳定的输出特性，以及显著延长的寿命。

【技术实现步骤摘要】
可自充电的碱性电池本申请要求享有于2005年5月16日在韩国提交的韩国专利申请No.2005-0040732的权益，该申请在此以全文引用的形式结合以供参考。
本申请涉及可自充电的碱性电池(self-rechargeable alkaline battery)，该电池可以使经阳极反应氧化的阳极活性材料在电解质内还原，由此可以使该阳极活性材料实现重复利用，从而延长了所述电池的寿命。
技术介绍
丹尼尔电池通常由下式表示：Zn|ZnSO4(aq)||CuSO4(aq)|Cu丹尼尔电池使用电解质介质中的铜棒或碳棒作为阴极，锌作为阳极，并通过电极中的氧化作用和还原作用产生离子，这些产生的离子通过电解质从一个电极流向另一个电极，从而实现向外部的负载提供电能。通常，当化学反应完成时丹尼尔电池会出现电动势的快速降低，并且很难使已氧化的阳极活性材料重复利用。由此，对于原电池而言，必须用新电池代替电池本身。同时，对于各种二次电池，在其放电到一预定值后必须使其再充电。因而，就不需要充电的电池而言，在日本电池手册，第三版，第8～11页(由marugen出版)中提出了可自充电的电池，该电池使用氧气作为阴极活性材料，燃料作为阳极活性材料，并且通过以电化学方法氧化燃料而产生电能。目前公开的可自充电的电池是从外部向电池中提供用于电池的活性材料以发电，并且将失去活性的已放电活性材料从电池中排出。然而，此类公开的可自充电的电池存在问题是必须将活性材料持续地从外面提供到电池中，并且必须将活性材料在其活性耗尽之后从电池中去除。
技术实现思路
-->因此，本专利技术在于提供一种可自充电的碱性电池，该电池能够避免由现有技术的限制和缺陷引起的一个或者多个问题。本专利技术的目的在于提供一种可延长使用寿命的可自充电的碱性电池，该电池可以使已氧化的阳极活性材料在电解质内还原并自充电，而不需要从外面提供活性材料或者排出耗尽活性的已放电的活性材料到外面以及使电池充电，从而能够保持电池的电动势。为了实现上述目的，本专利技术人发现，在使用碱金属氢氧化物作为电解质的碱性电池中，如果由阳极中的氧化作用和还原作用产生的金属离子、氢氧化物、或氧化物可以在电解质中被还原和自充电，就可以利用电解质内氧化作用和还原作用的循环维持电池中的化学反应。本专利技术其它的特征和优点将在下面的描述中提出，其中的一部分可以通过如下的描述变得显而易见，或者可以从本专利技术的实施中了解。通过说明书及其权利要求以及所附附图中所指出的具体结构，可以实现和得到本专利技术的目的和其它优点。为了实现本专利技术的这些目的和其它优点，并根据根专利技术的目的，作为具体和广泛的描述，本专利技术提供了一种可自充电的碱性电池，其包括：阴极；具有包含选自铝、锌、和镁的金属的阳极活性材料的阳极；形成在阴极和阳极之间的隔板；以及电解质，所述的电解质包含碱金属、碱土金属和碱土金属氢氧化物中的一种以及具有分散于其中的氧化剂和还原剂，其中，已氧化的阳极活性材料在电解质内还原。尤其是，当两个电极通过电解质相连，所述电解质包含分别提供为阴极活性材料和阳极活性材料的氧化剂和还原剂时，在阴极发生还原作用，在阳极发生氧化作用，以便使电子从阳极流到阴极，由此电流从阴极流到阳极。因此，本专利技术的电解质包含氧化剂和还原剂，并且该具有自充电能力的电解质包含选自氧化铝、氧化镁、和氧化硅的至少一种，并且优选地，进一步包含选自氯化钴和氯化钡的至少一种。这些材料的组合加速了已氧化的阳极活性材料的还原。根据本专利技术，发生氧化作用，即供电子反应(electron dischargingreaction)的阳极配置有电子受主，而发生还原作用，即发生受电子反应的阴极配置有电子施主，由此提高了供电子的能力。-->电子受主和电子施主可以通过热扩散将用于加速电极反应的电极催化剂掺杂到碳材料或导电聚合材料而制得。电极催化剂可以包括稀土金属、稀土金属氧化物、钴基氧化物、和铂基材料。具体地说，电极催化剂优选包括通常同时使用的氧化锆(ZrO2)和硅酸锆(ZrSiO4)。更优选的是，对碳材料的掺杂与纳米碳、属于有机材料的碳杂(a hybridof carbon)、稀土金属的锆基材料和/或属于无机材料的钴基材料的热气体渗碳同时进行。电解质可以是液态或半固态的凝胶状态，隔板可以是由选自聚乙烯、聚吡咯、聚烯烃的材料制成。在此，当碳通过热气体渗碳等被吸收到阴极或阳极的电极板表面，并且随后碳被结合到电极板(尤其是，阴极的铜板)的表面结构中时，由于以三维形态吸收到电极板表面上的碳的作用，实质上增加了电极板表面积，由此显著地提高容纳电荷的能力(charge holding capability)。因此，由于如上所述提高了容纳电荷的能力，可以避免当按照现有技术用粘合剂将碳材料粘合到电极板上时产生的杂质导致降低电特性的不利影响，还可以提高电池的输出电压。为了加速电极表面上的电极反应，优选通过向沸石中掺杂诸如纳米碳的碳在电极表面上形成层。热气体渗碳是使用选自二氧化碳(CO2)、乙炔(C2H2)、丁烷(C4H10)和乙醇(C2H5OH)中的至少一种含碳气体将碳扩散到电极板中而进行的。在这里，当使用丁烷和/或乙醇进行热气体渗碳时，电极板的寿命可以延长。另外，当使用二氧化碳和/或乙炔进行热气体渗碳时，电池可以提供更高的输出电压。此外，电极所必需的大面积电荷层可以通过以下方式形成：将作为金属板的电极板加热到该电极板的熔点或熔点以上，并使用耐热陶瓷材料将用作电荷施主的碳材料压在电极板的两侧。可以理解的是，上面对本专利技术的概述和下面的详细解释都是示例性和解释性的，并且提供对要求保护的本专利技术的进一步解释。附图说明附图提供对本专利技术的进一步的理解，其包含在说明书中并构成说明书的一-->部分，说明本专利技术的实施例并且和说明书一起用于解释本专利技术的原理。在附图中：图1所示为根据本专利技术一个实施方式的电池的结构图；以及图2所示为说明通过压力渗碳形成电极板的方法图。具体实施方式下面详细参考本专利技术的优选实施方式，其实施例在附图中示出。然而，如果有可能，在附图中将使用相同的参考标记来表示相同或者相似的部件。实施方式1以下将描述根据本专利技术第一个实施方式的具有电极板的电池的结构。参照图1，在本专利技术的电池中，当阴极和阳极通过具有在其中彼此相对分别作为阴极活性材料1和阳极活性材料2的氧化剂和还原剂的电解质3相连接时，还原作用发生在阴极，氧化作用发生在阳极，使得电子通过外部负载(未示出)从阳极流到阴极，从而电流从阴极流到阳极。铜用作阴极，而由选自铝、锌和镁的材料构成阳极活性材料2。电解质3包含1～8N氢氧化钾(KOH)水溶液，和1～12N氢氧化钠(NaOH)水溶液。通常优选较高的浓度。具体地说，阳极活性材料的还原系统可以包含诸如氧化铝、氧化镁和氧化硅的氧化剂或诸如氯化钴和氯化钡的还原剂。尽管因此可仅使用氧化物，还原系统可以包含氧化物和氯化物的混合物。具体地说，还原系统优选包含50～100份氧化铝、1～25份氯化钡、1～25份氧化镁、25～50份氧化硅，以及1～25份氯化钴的适当混合物。同时，电解质可以进一步包含成为阳极活性材料的铝、锌、或镁的粉末或线材。阳极和阴极分别配备有电子受主4和电子施主5。电子受主4是通过在真空炉中以温度为500～1,000℃的热气体渗碳0本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可自充电的碱性电池，包括：阴极；阳极，具有包含选自铝、锌、和镁的金属的阳极活性材料；隔板，形成在所述阴极和阳极之间；以及碱性电解质，包含碱金属、碱土金属和碱土金属氢氧化物中的一种，并且具有分散于其中的氧化 剂和还原剂，其中已氧化的阳极活性材料在所述的电解质内还原。

【技术特征摘要】
KR 2005-5-16 10-2005-00407321、一种可自充电的碱性电池，包括：阴极；阳极，具有包含选自铝、锌、和镁的金属的阳极活性材料；隔板，形成在所述阴极和阳极之间；以及碱性电解质，包含碱金属、碱土金属和碱土金属氢氧化物中的一种，并且具有分散于其中的氧化剂和还原剂，其中已氧化的阳极活性材料在所述的电解质内还原。2、一种可自充电的碱性电池，包括：阴极；阳极，具有包含选自铝、锌、和镁的金属的阳极活性材料；隔板，形成在阴极和阳极之间；碱性电解质，包含碱金属、碱土金属和碱土金属氢氧化物中的一种，并且具有分散于其中的氧化剂和还原剂；电子受主，配置在所述阴极和隔板之间；以及电子施主，配置在所述阳极和隔板之间。3、根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述电解质包含选自氧化铝、氧化镁、和氧化硅的至少一种。4、根据权利要求2所述的电池，其特征在于，所述电解质包含选自氯化钴和氯化钡...

【专利技术属性】
技术研发人员：小畑伸幸，上野秀男，
申请(专利权)人：匹克科技有限公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]