高温碱金属-空气充电电池制造技术

本实用新型专利技术主要涉及高温碱金属

【技术实现步骤摘要】
高温碱金属
‑
空气充电电池


[0001]本技术主要涉及高温化学电池的结构，具体涉及一种高温碱金属
‑
空气充电电池。

技术介绍

[0002]目前大部分空气电池采用水系电解液，以KOH/NaOH等碱性金属氢氧化物的水溶液或者氯化物KCl/NaCl等水溶液作为电解液。电池放电反应时，在电池的正极端，空气和水反应生产OH
‑
离子：
[0003]O2+2H2O+4e
‑
→
4OH
‑
[0004]在电池的负极，金属单质M失去电子变成相应的离子M
x+
(X为金属M的电荷价位)，然后在电解液中金属单质的M
x+
离子和OH
‑
离子结合。铝、镁、锌、铁、锡等金属与OH
‑
的产物在水中沉淀，电离程度很低，所以很难通过电离而进行完全的反向充电，同时这些金属对应的空气电池的放电过程大部分是不可逆的。另外，锂、钠、钾等碱性金属的氢氧化物极易溶于水，但是这些金属都比元素氢要活泼，电解相应碱性金属的氢氧化物的水溶液在电池负极只产生H2，而不会产生相应金属单质，所以也很难实现相应空气电池的可逆充电。

技术实现思路

[0005]本技术的主要目的在于提供一种更稳定，更安全、可反复充电的高温碱金属
‑
空气充电电池。
[0006]为了实现上述目的，本技术提供一种高温碱金属
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空气充电电池，负极与正极之间设置有第一隔膜，所述的第一隔膜由第一电解液浸润，所述的第一电解液的工作温度足以使水保持气态，所述的第一电解液为碱金属盐非水系溶液或熔融碱金属盐。
[0007]在本技术的一些实施例中，负极和第一隔膜之间还设置具有碱金属离子传导性能的固态电解质。
[0008]在本技术的一些实施例中，所述的固态电解质具有防水性能。
[0009]在本技术的一些实施例中，所述的负极由第二电解液浸润，第二电解液的工作温度足以使水保持气态，第二电解液为碱金属盐非水系溶液或熔融碱金属盐。
[0010]在本技术的一些实施例中，所述的负极由第一电解液浸润。
[0011]在本技术的一些实施例中，第一隔膜和正极之间设置有第二隔膜，第二隔膜具有OH
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离子的传导性能。
[0012]在本技术的一些实施例中，所述的第二隔膜具有阻水性能。
[0013]在本技术的一些实施例中，所述的正极和/或负极具有多孔结构。
[0014]在本技术的一些实施例中，所述的负极由耐火分割材料分割形成互相隔开的负极单元，各个负极单元分别与所述的第一隔膜表面接触。
[0015]在本技术的一些实施例中，所述的正极表面设置有吸水保湿材料。
[0016]在本技术的一些实施例中，所述的第一隔膜具有多孔结构。
[0017]在本技术的一些实施例中，所述的第一隔膜具有耐腐蚀性能。
[0018]在本技术的一些实施例中，第一隔膜采用无纺布隔膜、透水布隔膜、多孔陶瓷体隔膜或固态电解质隔膜。
[0019]本技术的高温碱金属
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空气充电电池，能够防止在充放电过程中水与碱金属电极接触，提高了电池的安全性和稳定性，并能够实现空气电池的可逆充电。
附图说明
[0020]图1是高温碱金属
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空气充电电池的第一种层结构示意图。
[0021]图2是高温碱金属
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空气充电电池的第二种层结构示意图。
具体实施方式
[0022]在相关的一些实施例中，碱金属空气电池在充电的过程中的总反应式如下：
[0023]4MOH＝4M+O2+2H2O
[0024]其中，正向是充电反应，反向是放电反应。即充电过程碱金属氢氧化物于负极生成碱金属单质，于正极产生氧气和水，所产生的水如果留于电池中，与负极的碱金属接触后会发生剧烈反应产生氢气，对电池的使用产生危险，另一方面，在充电过程中，水会先于MOH电解产生氢气和氧气，对可逆充电造成影响，并且同样的，所产生的氢气同样会使电池的使用产生危险。
[0025]为了解决上述问题，本技术提供一种高温碱金属
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空气充电电池，负极与正极之间设置有第一隔膜，所述的第一隔膜由第一电解液浸润，所述的第一电解液的工作温度足以使水保持气态，所述的第一电解液为碱金属盐非水系溶液或熔融碱金属盐，碱金属盐非水系溶液或熔融碱金属盐均可在碱金属
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空气充电电池可接受的电解液中进行选择。
[0026]上述电池在工作时，在第一隔膜上的第一电解液能够使得位于正极的水分保持气态，从而防止其与碱金属盐形成水溶液，进而与负极形成的碱金属单质接触发生剧烈反应，造成电池的使用危险。
[0027]本申请中所述的电解液的“工作温度”，是指电解液在该温度下，能够稳定发挥其作为电解液本身之功用。
[0028]以下，仅为了叙述的简洁，将“高温碱金属
‑
空气充电电池”简称为“电池”。
[0029]本电池中，负极可以具有多孔结构。可以选择的负极包括但不限于泡沫铜、石墨毡或泡沫镍材质的电极。多孔结构的负极提供了足够大的表面积与电解液接触，从而提高负极反应的速率。
[0030]本电池中，正极也可以具有多孔结构。可以选择的正极包括但不限于碳纳米管、碳纤维、石墨毡、镍、铜、银、金或铂制成的网状或者泡沫状的电极。基于多孔结构负极相同的原理，多孔结构的正极同样可以提高正极反应的速率。正极的表面可进一步掺杂少量氮N、硫S、磷P或者卤素Cl等元素，或者掺杂氧化镍NiO，氧化钴CoO等过渡金属氧化物或者表面原位生长铁镍FeNi、铁钴FeCo等金属氢氧化物等催化剂。除此以外，电池正极也可以添加一定的聚丙烯酸钠等保水材料，这样材料在电池充电时吸收反应生成的水汽，同时在放电反应时提供必要的水汽反应原料。
[0031]本电池中，第一隔膜的主要作用是用于物理隔离正极和负极，防止正负极直接接
触发生内部短路。第一隔膜一般具有多孔结构，以保证正负极之间离子的传输。进一步的，第一隔膜可以选择具有耐高温和耐腐蚀的材料制成，以适应第一电解液的工作温度及腐蚀性。第一隔膜可以选用的材料包括但不限于特氟龙或偏聚氟乙烯材质的无纺布或者透水布。也可以是氧化镁或者氧化钙等碱性氧化物或者过氧化物颗粒或者粉料的堆积组成或者利用这些碱性氧化物制作的允许液体流通的多孔陶瓷体，碱性氧化物隔膜不仅可以承受高温金属氢氧化物熔融液的长期腐蚀，同时可以承受钠/钾/锂等熔融碱性金属的长期腐蚀。也可以是固态电解质隔膜，固态电解质隔膜可根据电池的种类进行选择，以提供相应的离子传导性能。
[0032]本电池中，第一电解液的碱金属盐一般包括碱金属氢氧化物。如氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂等。由于电池的放电产物同样为碱金属氢氧化物，因而同样含有该组分的第一电解液能本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.高温碱金属
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空气充电电池，其特征在于负极与正极之间设置有第一隔膜，其特征在于所述的第一隔膜由第一电解液浸润，所述的第一电解液的工作温度足以使水保持气态，所述的第一电解液为碱金属盐非水系溶液或熔融碱金属盐。2.如权利要求1所述的高温碱金属
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空气充电电池，其特征在于负极和第一隔膜之间还设置具有碱金属离子传导性能的固态电解质。3.如权利要求1所述的高温碱金属
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空气充电电池，其特征在于所述的负极由第二电解液浸润，第二电解液的工作温度足以使水保持气态，第二电解液为碱金属盐非水系溶液或熔融碱金属盐。4.如权利要求1所述的高温碱金属
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空气充电电池，其特征在于所述的负极由第一电解液浸润。5.如权利要求1所述的高温碱金属
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空气充电电池，其特征在于第一隔膜和...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞麒峰，俞周成，俞静宸，李爱东，
申请(专利权)人：苏州云逸航空复合材料结构有限公司，
类型：新型
国别省市：