CN104332675A - 一种防漏液及自测环境的铝空气电池 - Google Patents

Abstract

一种防漏液及自测环境的铝空气电池，包含具有催化剂的正极、具有铝粉的负极、电解液、阴离子交换膜。正极集电体截面为矩波浪形状，与正极壳体接触面积为10-50%，增加了空气通过率和氧气含量，通过空气正极和铝负极之间增加了一层阴离子交换膜，由于存在阴离子交换膜，使得负极碱性水溶液中的氢氧化物离子浓度低于正极侧的碱性水溶液中的氢氧化物的浓度，负极侧的电解液的PH比正极侧的电解液小，抑制铝负极的自腐蚀。

Description

一种防漏液及自测环境的铝空气电池

技术领域

本发明涉及一种铝空气电池，尤其涉及一种防漏液及带自测环境的铝空气电池。

背景技术

铝空气电池是使用空气中的氧作为正极活性物质的电池。该空气电池的负极活性物质一般为铝合金，在放电反应中生成金属氧化物或者金属氢氧化物。以往铝空气电池的电解液，作为电解质在说中溶解了NaCl等中性水溶液，在水中溶解了NaOH等碱性水溶液。但是将中性水溶液作为电解液使用的情况下，由于铝合金负极上的氧化膜在中心水溶液中不溶，因此电池存在电流效率低的缺点。另一方面，在将碱性水溶液作为电解液使用的情况下，虽然电池的工作电压及电流效率高，但有自放电现象。

一般铝空气电池将空气正极与电池外壳紧密接触，空气通过电池的外壳进入电池内部接触空气正极并反映，但是由于通气孔与空气正极贴的比较紧，使得空气正极的反应不均匀，而且电解液容易从通气孔渗漏出来。

一般铝空气电池采取在空气正极外部孔壁上设置金属弹片，与空气正极的集流网基础实现正极集流的作用。但是这种电池需要假设金属弹片导电，工艺复杂，且金属弹片容易脱落变动，从而导电性不稳。

另外，随着反应的进行，空气中的氧进入电池的同时，空气中的二氧化碳也进入电池，溶解于电解液中，使得碱性电解液碳酸化，导致电解液的导电性能下降，电池的内阻增大，同时碳酸盐在正极上的析出物使得正极的性能下降，不仅影响了电池的放电性能，而且是电池的寿命受到很大影响。

发明内容

本发明创造提供一种制作工艺简单，电池导电性稳定，适合大电流放电且导电性好的铝空气电池。本铝空气电池内部自带PH指示剂，能够测试空气正极和铝负极的放电环境，同时通过励振装置，能够将反应析出物及时清除，保持电池内部自清洁。

一种防漏液及自测环境的铝空气电池包含具有催化剂的正极、具有铝粉的负极、电解液、阴离子交换膜。

所述的阴离子交换膜把电池壳体一份为二：正极腔室和铝负极腔室，正极腔室包含空气正极和空气层，所述的空气层有通气孔，保证空气通过率。

所述的空气正极包含正极催化剂、导电剂、粘结剂、氧扩散膜、正极集电体；所述的正极催化剂 的组分为还原氧的乙炔黑：二氧化锰：=PTFE 10:10:1；所述的导电剂为碳材料；所述的 粘结剂不溶于电解液的物质即可；所述的正极集电体截面为矩波浪形状，与正极壳体接触面积为10-50%；所述的氧扩散膜也是氧选择性通过膜；所述的正极集电体是导电材料即可，优选镍或不锈钢，作用是放电用的；所述的空气正极端部连接上外部连接用的镍带端子，使得正极材料与电池壳体的表面连接得到空气正极。

所述的空气正极端口处设有PH指示剂，用于检测是否有电池漏液或者电池吸水；所述的空气正极底部设有励振装置，按压励振装置能将反应析出物析出电池外部，从端口抽出。      

所述的铝负极腔室由电解液腔室和铝膏组成；所述的电解液腔室的端口设置于铝负极腔室的端口，为同一端口，此端口为弹簧装置端口，下设有机玻璃刺针，长度略低于电解液腔室。所述的铝膏是有高纯度铝粉组成的，优选铝含量99%以上，镁含量0.0001%-0.0003%，硅含量0.0001%-0.0002%，金属化合物粒子在铝合金每单位表面积中占0.5%以下，同时含有惰性气体或氯气。

所述的空气正极和铝负极之间有一层阴离子交换膜，阴离子交换膜的交换容量为0.5-3.0毫当量/g。

有益效果：

通过空气正极和铝负极之间增加了一层阴离子交换膜，由于存在阴离子交换膜，使得负极碱性水溶液中的氢氧化物离子浓度低于正极侧的碱性水溶液中的氢氧化物的浓度，负极侧的电解液的PH比正极侧的电解液小，抑制铝负极的自腐蚀。

所述的空气正极底部安装有励振装置，通过励振，使得空气正极的析出物能够及时排除，延长电池的使用寿命，同时电解液可以通过带密封塞的端口实现内部与外部循环，排出反应中的有毒物质。

附图说明

图1为本发明创造的结构原理图

1-空气正极；2-阴离子交换膜；3-电解液腔室顶部的弹簧装置端口；4-弹簧装置下的有机玻璃刺针；5-电解液；6-铝粉制成的铝膏；7-PH指示剂；8-励振装置及其按钮。

具体实施方式

下面结合附图1说明本发明创造的具体实施步骤：

一种防漏液及自测环境的铝空气电池，由具有催化剂的正极、有铝合金的负极、空气导入口、电解液、阴离子交换膜组成，正极与负极之间具有阴离子交换膜将正极侧的电解液与负极侧的电解液分离。

空气正极的制备方法：

步骤1：将泡沫镍集流网制作成矩波浪形状；

步骤2：将集流网涂上催化层，另外一面涂上防水透气层；

步骤3：:催化层外再涂上（模压）防水透气层，或者将两个PTFE防水透气膜分别放置在集流网的两侧，在热压机上150度，2兆帕的条件热压两分钟，在朝空气正极侧粘结氧透过膜，涂覆氢氧化钙乳液（氢氧化钙粉末与水比例1:2）形成二氧化碳吸附层；

步骤4：烘干后将空气电极卷绕成圆筒形状，放入圆柱形金属外壳中，由于空气电极是波浪形状，所以空气电极的部分表面和金属外壳相接触，同时形成多个平行的空气流道；

步骤5：上述所形成的的空气正极内置入PH指示剂，优选为石蕊试纸，通过空气正极顶端的有机玻璃透明窗口可以实时观测PH值;

步骤6：在上述所形成的的空气正极底部安装励振装置及其按钮，通过按压励振装置对储罐励振，促进电解液在空气电池内进行循环，同时将电解析出物通过按钮内的排出口及时排出。

所述的催化层浆料的制备方法：20重量份二氧化锰，25重量份活性炭，5重量份乙炔黑，50重量份无水乙醇混合，在超声波中分散，然后在加入固含量为60重量%的PTFE乳液，在超声波中分散均匀得到催化层。

 

铝负极的制备方法：

步骤1：将高纯度的铝粉，浓度为8摩尔每升的氢氧化钾溶液（按照3g/Ah）混合均匀制备得到负极材料铝膏，优选组分为铝粉：氧化铝：导电炭黑=96:3：1；

步骤2：置入负极腔室中，有集流的金属丝或者极耳引出电池的负极；

步骤3：在铝膏上方设置薄皮橡胶袋，内置电解液，橡胶袋顶端用弹簧装置粘结在空气正极的顶端窗口处，弹簧装置向内粘结有机玻璃刺针，长度略短于电解液腔室的高度，正常用力按压后刺针能顺利刺破电解液腔室的内壁，使得电解液和铝膏融合，形成铝负极。

所述的高纯度铝中除了AL MG  SI  FE以外其他各金属的含量分别相对于铝负极整体重量在0.001以下，能更好的抑制碱性水溶液的负极自放电，即腐蚀，铝合金的之制备方法，吹入惰性气体或氯气。

所述的铝负极和空气正极之间的阴离子交换膜的交换容量为0.5-3.0毫当量/g，阴离子交换膜也可以含增强材料，如聚苯乙烯  聚乙烯  聚丙烯 聚氯乙烯或者ABS等树脂 或者不会与负极  正极  电解液和阴离子交换膜反应的金属，通过阴离子交换膜的交换，正极和负极的氢离子浓度不同，优选乙烯、二乙烯基苯，或其混合物或共聚物的阴离子交换树脂。

负极侧的电解液的PH比正极侧的电解液小，负极中铝合金中镁含量0.0001%-0.0003%，硅含量0.0001%-0.0002%，金属化合物粒子在铝合金每单位表面积中占0.5%以下。

氧气到达正极设置氧选择性透过膜，氧选择性透过膜的接触角优选为150度以上，氧选择性系数与二氧化碳选择性系数比率0.15以上。

所述的电池外壳材料采用不会与负极、正极、电解液反应的金属，如聚苯乙烯，聚乙烯等树脂。

至此，本发明创造实施例完全阐述完毕。本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或者部分步骤，以上所述，仅为本发明创造的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或者替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围应以所述的权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种防漏液及自测环境的铝空气电池包含具有催化剂的正极、具有铝粉的负极、电解液、阴离子交换膜。

2.根据权利要求1所述的一种防漏液及自测环境的铝空气电池，其特征在于所述的阴离子交换膜把电池壳体一份为二：正极腔室和铝负极腔室，正极腔室包含空气正极和空气层，所述的空气层有通气孔，保证空气通过率。

3.根据权利要求2所述的一种防漏液及自测环境的铝空气电池，其特征在于所述的空气正极包含正极催化剂、导电剂、粘结剂、氧扩散膜、正极集电体；所述的正极催化剂 的组分为还原氧的乙炔黑：二氧化锰：=PTFE 10:10:1；所述的导电剂为碳材料；所述的 粘结剂不溶于电解液的物质即可；所述的氧扩散膜也是氧选择性通过膜；所述的正极集电体是导电材料即可，优选镍或不锈钢，作用是放电用的；所述的正极集电体截面为矩波浪形状，与正极壳体接触面积为10-50%；所述的空气正极端部连接上外部连接用的镍带端子，使得正极材料与电池壳体的表面连接得到空气正极。

4.根据权利要求2所述的一种防漏液及自测环境的铝空气电池，其特征在于所述的空气正极端口处设有PH指示剂，用于检测是否有电池漏液或者电池吸水；所述的空气正极底部设有励振装置，按压励振装置能将反应析出物析出电池外部，从励振装置的按钮中内的排出口排出。

5.根据权利要求1所述的一种防漏液及自测环境的铝空气电池，其特征在于所述的铝负极腔室由电解液腔室和铝膏组成；所述的电解液腔室的端口设置于铝负极腔室的端口，为同一端口，此端口为弹簧装置端口，下设有机玻璃刺针，长度略低于电解液腔室。

6.所述的铝膏是有高纯度铝粉组成的，优选铝含量99%以上，镁含量0.0001%-0.0003%，硅含量0.0001%-0.0002%，金属化合物粒子在铝合金每单位表面积中占0.5%以下，同时含有惰性气体或氯气。

7.根据权利要求1所述的一种防漏液及自测环境的铝空气电池，其特征在于所述的空气正极和铝负极之间有一层阴离子交换膜，阴离子交换膜的交换容量为0.5-3.0毫当量/g。