CN103268944B - 一种金属空气电池用波纹型空气电极 - Google Patents

一种金属空气电池用波纹型空气电极 Download PDF

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Abstract

本发明属于金属空气电池技术领域，具体地说是一种金属空气电池用波纹型空气电极。包括波纹型空气电极和平板型双极板，其中波纹型空气电极为波纹型，所述波纹型空气电极的一侧与平板型双极板粘合，波纹型空气电极与平板型双极板之间形成S形空气通道，所述S形空气通道的一端设有进气口，另一端设有排气口，所述平板型双极板上设有进液口和出液口。本发明增大了电池的功率，增强空气电极的机械强度，延长电池的工作寿命，拓宽了金属空气电池的应用领域。

Description

一种金属空气电池用波纹型空气电极
技术领域
本发明属于金属空气电池技术领域，具体地说是一种金属空气电池用波纹型空气电极。
背景技术
金属空气电池以其比能量高、工作电压平稳、绿色环保、原材料价廉易得等优点越来越受到产业界的关注。尤其是在全球能源危机和环境日益恶化的背景下，开发以金属空气电池为能源系统的电动交通工具非常具有现实意义。金属空气电池可以用锌、铝、镁、锂等为负极活性物质，空气中的氧气为正极活性物质，在碱性或中性电解液的环境下，氧气通过催化剂的作用与负极的金属发生电化学反应产生电能。
以锌空气电池为例，其单电池的理论电压为1.4V左右，为满足应用中的放电要求，通常在使用时会采用将多个单电池外部级联的方式来组成所需要的电池组。传统的外部级联方式是将相邻的单电池正负极的电极极耳通过外部导线连接在一起，这种级联方式中，电流汇集过程主要通过外部的导线来完成，汇集过程中经过的路径长，且输送的面积小，还会造成空气电极电流分布不均，电池内阻增加。而且，传统级联结构所需要的极耳和导线都需要使用贵金属，成本较高且易腐蚀。
在锌空气电池单电池内部由于有效接触反应面积的限制及集流导电过程中内阻的消耗，单电池工作电压往往也达不到1.4V。现有锌空气电池内部的空气电极多为三层平板结构，即由催化层、防水透气层、集流体构成，此种空气电极在工作过程中接触反应面积有限，并且机械性能差，影响了单节金属空气电池的工作效率。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种金属空气电池用波纹型空气电极。该金属空气电池用波纹型空气电极增大了电池的功率，增强空气电极的机械强度，延长电池的工作寿命，拓宽了金属空气电池的应用领域。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种金属空气电池用波纹型空气电极，包括波纹型空气电极和平板型双极板，其中波纹型空气电极为波纹型，所述波纹型空气电极的一侧与平板型双极板粘合，波纹型空气电极与平板型双极板之间形成S形空气通道，所述S形空气通道的一端设有进气口，另一端设有排气口，所述平板型双极板上设有进液口和出液口。
所述波纹型空气电极的另一侧依次与催化层和隔膜粘合。所述催化层和隔膜均为波纹型、并通过热压方式依次与波纹型空气电极的另一侧粘合。
所述波纹型空气电极的一侧通过热压方式与平板型双极板粘合。所述进气口和排气口通过塑料支架支撑。
所述空气电极应用于金属空气电池组中，单元电池间无需导线级联，各个单电池直接实现内部级联，反应得到的电流，通过空气电极和电解液直接汇集到电池组两端。电解液通过进液口和出液口在各个金属空气单电池间流动。
本发明的优点及有益效果是：
1.本发明是在金属空气电池组中，各单体电池间不需要外部级联，各单体电池可直接形成内部级联。放电反应得到的电流可通过空气电极和电解液直接汇集到电池组两端，即减小了电流通过导线传导时所通过的距离，又增加了电流的传导面积，大大降低了电池内阻。不再需要贵金属极耳和导线，降低了电池的生产成本。
2.本发明是在相同体积的电池内，将空气电极做成波纹状，增加了空气、电解液与催化剂接触反应的面积，加快正负极间的电化学反应，从而增加了电池的输出功率。并且波纹型空气电极机械强度好，工作寿命长。
附图说明
图1为本发明的立体示意图；
图2为本发明的俯视图；
图3为图2中的A-A剖视图；
图4为图3中B处放大图；
图5为图2中C-C剖视图。
其中：1为波纹型空气电极，2为平板型双极板，3为进气口，4为排气口，5为进液口，6为排液口，7为塑料支架。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。
如图1-5所示，本发明包括波纹型空气电极1和平板型双极板2，其中波纹型空气电极1为波纹型，波纹型空气电极1的一侧与平板型双极板2热压粘合，波纹型空气电极1与平板型双极板2之间形成S形空气通道，所述S形空气通道的一端设有进气口3，另一端设有排气口4，进气口3和排气口4通过塑料支架7支撑。波纹型空气电极1的另一侧附有波纹型催化层，波纹型催化层上附有波纹型隔膜。波纹型空气电极1通过在波纹型模具上经过热压得到，并由同一波纹型模具将催化层和隔膜压制成相同形状，将三者按照波纹型隔膜、波纹型催化层及波纹型空气电极1的顺序热压粘合。平板型双极板2上设有液体输送口，即进液口5和出液口6，电解液通过液体输送口在各个金属空气单电池间流动。
新鲜的空气通过进气口3进入S形气体通道，经过电化学反应，氧气被消耗后，其余气体由排气口4排出，这样可以保证S型气体通道中一直充满了新鲜的空气，进而保证了正极活性物质氧气的供应。
实施例
平板型双极板2是用煤油将乙炔黑和聚乙烯粉热化混合后(150℃)，冷却，再将煤油压出，饼压实后，经粉碎机粉碎后的粉料(20目)，放入模具中热压而成。波纹型空气电极1是用上述相同的粉料，放入波纹型模具中热压而成。
所述的催化层是指，取一定比例的活性炭和乙炔黑，加入溶有催化液的蒸馏水中，混合成糊状后烘干、高温分解(500℃)、冷却。再经过电动过筛机过筛(80-100目)成粉状。然后加入聚四氟乙烯乳液、乳化剂OP和水混合后调制成膏状。最后，放在温度为60℃的对辊机上，辊压至0.15-0.2mm。
所述的隔膜为聚丙烯微孔膜。将隔膜、催化层与波纹型电极由特制的波纹型模具热压粘合。并将已粘合的波纹型三层结构与平板型双极板2热压粘合。
本发明应用于金属空气电池组中，单元电池间无需导线级联，各个单电池可直接实现内部级联。所谓内部级联是相邻级联电池的上半个(空气电极)和下半个(负极集流体)结合在一起，使得相互级联的上个正极半电池和下一个负级半电池金属极共用同一个集流体，因而实现了内部级联。传统电池是在电池的外部将串联相邻的的上一个电池正极集流体与下一个电池的负极集流体使用导线连接在一起进行级联构成电池组。本发明使用多个共用集流体结构半电池串联后得到电池组，使级联方式由外部连接变成内部连接，级联形式从线变成了面，级联路经截面积增大了数千倍，级联平均路经长度有十数厘米缩短到1毫米以内，既减小了电流通过导线传导时所通过的距离，又增加了电流的传导面积，大大降低了电池内阻。

Claims (6)

1.一种金属空气电池用波纹型空气电极，其特征在于：包括波纹型空气电极(1)和平板型双极板(2)，其中波纹型空气电极(1)为波纹型，所述波纹型空气电极(1)的一侧与平板型双极板(2)粘合，波纹型空气电极(1)与平板型双极板(2)之间形成S形空气通道，所述S形空气通道的一端设有进气口(3)，另一端设有排气口(4)，所述平板型双极板(2)上设有进液口(5)和出液口(6)；所述空气电极应用于金属空气电池组中，相邻级联电池的上半个空气电极和下半个负极集流体结合在一起，使得相互级联的上个正极半电池和下一个负级半电池金属极共用同一个集流体,实现相邻单电池间内部级联，反应得到的电流，通过空气电极和电解液直接汇集到电池组两端。
2.按权利要求1所述的金属空气电池用波纹型空气电极，其特征在于：所述波纹型空气电极(1)的另一侧依次与催化层和隔膜粘合。
3.按权利要求2所述的金属空气电池用波纹型空气电极，其特征在于：所述催化层和隔膜均为波纹型、并通过热压方式依次与波纹型空气电极(1)的另一侧粘合。
4.按权利要求1所述的金属空气电池用波纹型空气电极，其特征在于：所述波纹型空气电极(1)的一侧通过热压方式与平板型双极板(2)粘合。
5.按权利要求1所述的金属空气电池用波纹型空气电极，其特征在于：所述进气口(3)和排气口(4)通过塑料支架(7)支撑。
6.按权利要求1所述的金属空气电池用波纹型空气电极，其特征在于：电解液通过进液口(5)和出液口(6)在各个金属空气单电池间流动。
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