CN104716364A - 一种锌/空气电池低温启动方法 - Google Patents
一种锌/空气电池低温启动方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种锌空气电池低温启动方法,包括将锌空气电池正负极相连以实现其内部短路,利用短路反应放出的热量对处于低温环境的锌空气电池加热;或于低温环境现场配置高浓度KOH电解液,利于KOH固体溶解放出的热量对处于低温环境的锌空气电池加热;或同时采用上述两种方法对处于低温环境的锌空气电池加热。本发明所述方法具有简便、易于实施、不增加电池结构的复杂性、能量转化效率高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种锌空气电池低温启动的方法。
背景技术
由于正极反应物不储存在电池内部,锌空气电池拥有高的质量比能量和体积比能量。在所有商业化的一次电池中,锌空气电池具有最高的能量密度(Journal of Power Sources163(2006)591–597),同时,由于金属锌资源丰富、价格低廉,因此锌空气电池在便携式移动电源、大型固定电站等方面均有十分广阔的应用前景。
但在低温下,锌空气电池的放电性能急剧下降,限制了锌空气电池在野外极寒天气下的使用。对于在50mA·cm-2电流密度下放电的锌空气电池而言,在常温下,其可以瞬间达到输出电压大于等于0.8V的常规放电要求;而在-20℃时,相同单体电池放电时,在此放电要求(输出电流密度达到50mA·cm-2且输出电压大于等于0.8V)下,电池仅能维持数秒,随即便无法正常对外供电;而在-30℃环境下,相同单体电池放电时无法达到输出电流密度达到50mA·cm-2且输出电压大于等于0.8V的放电要求,因此无法正常对外供电。
为提高低温天气下锌空气电池的放电性能,可利用一部分自身能量使电池或电池系统温度升高,使得电池或电池系统能够正常对外供电。ZL93232961.6和201210352888.6等提出在电池外部加装电热器,电池给加热器供电产生热量并加热电池的方法,但此方法增加了电池结构复杂性,同时由于加热器位于电池外部,存在散热等使得能量利用率低的问题。US8071240-B2提出电池外部加装反应物储存腔,当反应物与空气或水接触反应时放热,从而加热电池的方法。但此方法增加了单体电池结构的复杂性,且由于电池系统的紧凑型,此方法无法在电池系统安装实施。
发明内容
本发明针对上述问题,提出电池在系统内部自短路,并利用短路反应放出的热量对锌空电池加热,同时结合锌空气电池使用高浓度KOH溶液作为电解液的特点,提出通过现场配置高浓度KOH电解液的方法得到热的电解液并加热电池。具体发明内容如下:
一种锌空气电池低温启动方法,采用短路加热法,或化学加热法,或上述两种方法结合的方法对处于低温环境的锌空气电池进行加热,从而使锌空气电池可以在低温条件下正常启动。
所述短路加热法为将锌空气电池正负极相连以实现其内部短路,利用短路反应放出的热量对处于低温环境的锌空气电池加热。
所述化学加热法为在低温环境中现场配置高浓度KOH电解液,利用KOH固体溶解放出的热量对处于低温环境的锌空气电池加热。
锌空气电池所述低温环境为-30℃-0℃的环境。
与传统方法相比,本发明所述方法具有简便、易于实施、不增加电池结构的复杂性、能量转化效率高等优点。
附图说明
图1对比例1和对比例2所述单电池在50mA·cm-2恒流放电时输出
电压曲线。
图2实施例1所述单电池在50mA·cm-2恒流放电时输出电压曲线。
图3实施例2所述单电池在50mA·cm-2恒流放电时输出电压曲线。
图4实施例3所述单电池在50mA·cm-2恒流放电时输出电压曲线。
图5实施例4所述单电池在50mA·cm-2恒流放电时输出电压曲线。
图6实施例5所述单电池在50mA·cm-2恒流放电时输出电压曲线。
图7实施例6所述单电池在50mA·cm-2恒流放电时输出电压曲线。
图8实施例7所述单电池在50mA·cm-2恒流放电时输出电压曲线。
图9实施例8所述单电池在50mA·cm-2恒流放电时输出电压曲线。
图10实施例9所述单电池在50mA·cm-2恒流放电时输出电压曲线。
图11实施例11所述单电池在50mA·cm-2恒流放电时输出电压曲线。
具体实施方式
对比例及实施例所采用的低温启动方法详见表1。
表1 对比例及实施例所采用的低温启动方法列表
对比例1:30.5%KOH溶液加入到锌空气电池单体电池电解液槽中。其中,单体电池阴极(九能京通(天津)新能源科技有限公司),电极面积为384cm2,阳极为锌片(99.9%,国药集团化学试剂有限公司)。(除特殊说明外,后续对比例及实施例中的阴、阳极及电极面积与此相同)
该单体电池置于20℃环境中,保持2h以上使得单体电池和电解液与环境恒温。在50mA·cm-2恒流放电条件下,得到电池在该条件下的输出电压曲线,见图1。由输出电压曲线可知,在20℃环境下,单体电池可以正常启动进行50mA·cm-2恒流放电。
对比例2:将30.5%KOH溶液加入到锌空气电池单体电池电解液槽中。该单体电池置于10℃环境中,保持2h以上使得单体电池和电解液与环境恒温。在50mA·cm-2恒流放电条件下,得到电池在该条件下的输出电压曲线,见图1。由输出电压曲线可知,在10℃环境下,单体电池可以正常启动进行50mA·cm-2恒流放电。
实施例1:(化学加热法)将单体电池置于0℃环境中。取287g22%的KOH溶液以及35.2g固体KOH,置于0℃环境中,放置2h以上使KOH溶液、固体KOH以及单体电池均与环境恒温。将固体KOH加入到22%的KOH溶液中,通过KOH溶解过程中放出的热量加热溶液,可得到温度高于20℃的30.5%的KOH溶液。将得到的此溶液加入到单体电池中,并在50mA·cm-2恒流放电,启动时的输出电压曲线见图2。
为进行对比,将单体电池置于0℃环境中并放置2h以上使单体电池与环境恒温。对单体电池启动并进行50mA·cm-2恒流放电,单体电池输出电压曲线如图2所示。由放电曲线可知,在0℃环境下,未使用本方法时,单体电池启动后仅能维持约200秒,之后便无法正常对外供电,即电池无法正常启动,而通过本方法,单体电池可以正常启动。
实施例2:(化学加热法)将单体电池置于-10℃环境中。取287g22%的KOH溶液以及35.2g固体KOH,置于-10℃环境中,放置2h以上使KOH溶液、固体KOH以及单体电池均与环境恒温。将固体KOH加入到22%的KOH溶液中,通过KOH溶解过程中放出的热量加热溶液,可得到温度高于10℃的30.5%的KOH溶液。将得到的此溶液加入到单体电池中,并在50mA·cm-2恒流放电,启动时的输出电压曲线见图3。
为进行对比,将单体电池置于-10℃环境中并放置2h以上使单体电池与环境恒温。对单体电池启动并进行50mA·cm-2恒流放电,单体电池输出电压曲线如图3所示。由放电曲线可知,在-10℃环境下,未使用本方法时,单体电池启动后仅能维持数十秒,之后便无法正常对外供电,即电池无法正常启动,而通过本方法,单体电池可以正常启动。
实施例3:(化学加热法)将单体电池置于-20℃环境中。取287g22%的KOH溶液以及35.2g固体KOH,置于-20℃环境中,放置2h以上使KOH溶液、固体KOH以及单体电池均与环境恒温。将固体KOH加入到22%的KOH溶液中,通过KOH溶解过程中放出的热量加热溶液,可得到温度高于0℃的30.5%的KOH溶液。将得到的此溶液加入到单体电池中,并在50mA·cm-2恒流放电,启动时的输出电压曲线见图4。
为进行对比,将单体电池置于-20℃环境中并放置2h以上使单体电池与环境恒温。对单体电池启动并进行50mA·cm-2恒流放电,单体电池输出电压曲线如图4所示。由放电曲线可知,在-20℃环境下,未使用本方法时,单体电池启动后仅能维持数秒,之后便无法正常对外供电,即电池无法正常启动,而通过本方法,单体电池可以正常启动。
实施例4:(化学加热法)将单体电池置于-30℃环境中。取287g22%的KOH溶液以及35.2g固体KOH,置于-30℃环境中,放置2h以上使KOH溶液、固体KOH以及单体电池均与环境恒温。将固体KOH加入到22%的KOH溶液中,通过KOH溶解过程中放出的热量加热溶液,可得到温度高于-5℃的30.5%的KOH溶液。将得到的此溶液加入到单体电池中,并在50mA·cm-2恒流放电,启动时的放电曲线见图5。由放电曲线可知,在-30℃环境下,通过本方法,单体电池可以正常启动。
为进行对比,将单体电池置于-30℃环境中并放置2h以上使单体电池与环境恒温。对单体电池启动并进行50mA·cm-2恒流放电,单体电池无法启动。
实施例5:(化学加热法)将单体电池置于-10℃环境中。取254.7g12%的KOH溶液以及67.8g固体KOH,置于-10℃环境中,放置2h以上使KOH溶液、固体KOH以及单体电池均与环境恒温。将固体KOH加入到12%的KOH溶液中,通过KOH溶解过程中放出的热量加热溶液,可得到温度高于30℃的30.5%的KOH溶液。将得到的此溶液加入到单体电池中,并在50mA·cm-2恒流放电,启动时的放电曲线见图6。
为进行对比,将单体电池置于-10℃环境中并放置2h以上使单体电池与环境恒温。对单体电池启动并进行50mA·cm-2恒流放电,单体电池输出电压曲线如图6所示。由放电曲线可知,在-10℃环境下,未使用本方法时,单体电池启动后仅能维持数十秒,之后便无法正常对外供电,即电池无法正常启动,而通过本方法,单体电池可以正常启动。
实施例6:(化学加热法)将单体电池置于0℃环境中。取224mL去离子水以及98.4g固体KOH,置于0℃环境中,放置2h以上使去离子水、固体KOH以及单体电池均与环境恒温。将固体KOH加入到去离子水中,通过KOH溶解过程中放出的热量加热溶液,可得到温度高于55℃的30.5%的KOH溶液。将得到的此溶液加入到单体电池中,并在50mA·cm-2恒流放电,启动时的输出电压曲线见图7。
为进行对比,将单体电池置于0℃环境中并放置2h以上使单体电池与环境恒温。对单体电池启动并进行50mA·cm-2恒流放电,单体电池输出电压曲线如图7所示。由放电曲线可知,在0℃环境下,未使用本方法时,单体电池启动后仅能维持约200秒,之后便无法正常对外供电,即电池无法正常启动,而通过本方法,单体电池可以正常启动。
实施例7:(短路加热法)将单体电池置于0℃环境中。加入约200mL30.5%的KOH溶液,置于0℃环境中,放置2h以上使单体电池与环境恒温。将单体电池直接短路,约10min后,单体电池温度可从0℃升高至5℃以上。将单体电池在50mA·cm-2恒流放电,启动时的输出电压曲线见图8。
为进行对比,将单体电池置于0℃环境中并放置2h以上使单体电池与环境恒温。对单体电池启动并进行50mA·cm-2恒流放电,单体电池输出电压曲线如图8所示。由放电曲线可知,在0℃环境下,未使用本方法时,单体电池启动后仅能维持约200秒,之后便无法正常对外供电,即电池无法正常启动,而通过本方法,单体电池可以正常启动。
实施例8:(短路加热法)将单体电池置于-10℃环境中。加入约200mL30.5%的KOH溶液,置于-10℃环境中,放置2h以上使单体电池与环境恒温。将单体电池直接短路,约10min后,单体电池温度仅升高约3.6℃。将单体电池在50mA·cm-2恒流放电,启动时的输出电压曲线见图9。
为进行对比,将单体电池置于-10℃环境中并放置2h以上使单体电池与环境恒温。对单体电池启动并进行50mA·cm-2恒流放电,单体电池输出电压曲线如图9所示。由放电曲线可知,在-10℃环境下,未使用本方法时,单体电池启动后仅能维持数十秒,之后便无法正常对外供电,即电池无法正常启动,而通过本方法,单体电池也仅能维持约100秒,之后便无法正常对外供电。为改善短路加热法低温启动性能,改用锌膏为阳极,见实施例9。
实施例9:(短路加热法)将单体电池(其中电池阳极为自制锌膏,含锌粉260g)置于-10℃环境中。加入约200mL30.5%的KOH溶液,置于-10℃环境中,放置2h以上使单体电池与环境恒温。将单体电池直接短路,约10min后,单体电池温度可从-10℃升高至10℃以上。将单体电池在50mA·cm-2恒流放电,启动时的输出电压曲线见图10。
为进行对比,将上述同样单体电池置于-10℃环境中并放置2h以上使单体电池与环境恒温。对单体电池启动并进行50mA·cm-2恒流放电,单体电池输出电压曲线如图10所示。由放电曲线可知,在-10℃环境下,未使用本方法时,单体电池启动后仅能维持数十秒,之后便无法正常对外供电,即电池无法正常启动,而通过本方法,单体电池可以正常启动。
实施例10:(短路加热法)将单体电池置于-20℃环境中。加入约200mL30.5%的KOH溶液,置于-20℃环境中,放置2h以上使单体电池与环境恒温。将单体电池直接短路,约10min后,单体电池温度仅升高1.3℃。单体电池无法启动进行50mA·cm-2恒流放电。为改善短路加热法低温启动性能,改用锌膏阳极,见实施例11。
实施例11:(短路加热法)将单体电池(其中电池阳极为自制锌膏,含锌粉260g)置于-20℃环境中。加入约200mL30.5%的KOH溶液,置于-20℃环境中,放置2h以上使单体电池与环境恒温。将单体电池直接短路,约10min后,单体电池温度可从-20℃升高至5℃以上。将单体电池在50mA·cm-2恒流放电,启动时的输出电压曲线见图11。
为进行对比,将上述同样单体电池置于-20℃环境中并放置2h以上使单体电池与环境恒温。对单体电池启动并进行50mA·cm-2恒流放电,单体电池输出电压曲线如图11所示。由放电曲线可知,在-20℃环境下,未使用本方法时,单体电池启动后仅能维持数秒,之后便无法正常对外供电,即电池无法正常启动,而通过本方法,单体电池可以正常启动。
Claims (4)
1.一种锌空气电池低温启动方法,其特征在于:
采用短路加热法,或化学加热法,或上述两种方法结合的方法对处于低温环境的锌空气电池进行加热,从而使锌空气电池可以在低温条件下正常启动。
2.如权利要求1所述锌空气电池低温启动方法,其特征在于:
所述短路加热法为将锌空气电池正负极相连以实现其内部短路,利用短路反应放出的热量对处于低温环境的锌空气电池加热。
3.如权利要求1所述锌空气电池低温启动方法,其特征在于:
所述化学加热法为在低温环境中现场配置浓度为20%-50%的KOH电解液,将电解液注入锌空气电池的电解液腔中,利用KOH固体溶解放出的热量对处于低温环境的锌空气电池加热。
4.如权利要求1、2或3所述锌空气电池低温启动方法,其特征在于:锌空气电池所述低温环境为-30℃-0℃的环境。
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Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
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