CN104934611A - 铜碱蓄电池 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铜碱蓄电池，包括负极板、正极板和碱性电解液，负极板以铜片作基体，正极板为栅架和活性物质组成，栅架是用铜片冲压或铜铸而成，栅架上涂覆有由氧化铜、乙炔黑组成的活性物质，通过耐碱纸封装在两侧为网孔的铜壳体内，碱性电解液是将氧化锌溶于氢氧化钾的水溶液中形成的偏锌酸钾与氢氧化钾的混合液，充电时，偏锌酸钾被还原为氢氧化钾及锌，锌分子沉积于负极上，放电时，锌跟氢氧化钾反应生成偏锌酸钾与氢，氢被氧化铜氧化为水，氧化铜因失氧成为氧化亚铜，如此的可逆反应周而复始，而且永久可逆。本发明制作工艺简单，电池容量大，电池可靠性高，成本低廉、环保无污染、使用寿命长，可广泛应用于电化学蓄电池技术领域。

Description

铜碱蓄电池

技术领域

本发明涉及电化学蓄电池技术领域，尤其涉及一种铜碱蓄电池。

背景技术

自1860年法国科学家普兰特发明了铅酸蓄电池以来，人们不断在探索电化学的应用与发展，但现有技术中已有的蓄电池仍有许多缺陷和不足：铅酸蓄电池的历史悠久，其技术也较为成熟，具有价格低廉、原材料丰富、性能优良等诸多优点，但循环次数仅为几百次至千余次，特别是其负极板的硫酸铅化和正极板铅栅的烂断，是迄今为止仍难以解决的顽症，至今尚未找到彻底的有效解决办法，再加上我国铅酸蓄电池产业链中有大量不合理的回收利用存在，导致某些地区铅污染严重；银锌电池是由价格高昂的银来制造，由于价格昂贵，在大型储能领域中是使用不起的，只能做微型的纽扣式电池，供给小型电器，如计算器等场合使用；锂离子蓄电池单个电压高、电流大，但制造工艺复杂，成本高，价格贵，是手机、数码相机、笔记本电脑等高档电器的最佳蓄电池，但其成本高，循环次数并不是很高，在大功率的使用领域无法令人接受。因此，特别需要一种成本低廉、环保无污染、使用寿命长的蓄电池出现，以满足大功率蓄电池领域的需求。

专利CN2169926Y介绍了一种铜锌碱性蓄电池，它的正极板是用球状铜粉烧结而成的微孔铜版，负极板是锌板，以碱性溶液为电解质，但该技术方案中作为负极板的锌板在经过多次电化学反应后会形成烂断，使用寿命短，这也是该技术方案得不到推广的原因，而本发明利用氢氧化钾水溶液不能跟铜起反应的化学性质，其负极板以铜片作基体，充电时，铜片上面被镀上一层锌，作为负极板的活性物质，放电时，锌跟氢氧化钾起反应生成偏锌酸钾和氢气，而正极板使用氧化铜作为蓄电池的氧化剂，氧化铜吸收负极产生的氢气将其氧化为水，氧化铜失去部分的氧，成为氧化亚铜，如此的可逆反应周而复始，有效的解决了这一问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中铅酸蓄电池负极板的硫酸铅化和正极板铅栅的烂断的缺点，提供了一种制造成本低廉、充电时间快、使用寿命长、环保无污染的铜碱蓄电池。

为实现上述目的，本发明的具体技术方案如下 ：

　　本发明铜碱蓄电池，包括负极板、正极板和碱性电解液；

　　所述负极板以铜片作基体；

　　所述正极板为栅架和活性物质组成，栅架是用铜片冲压或铜铸而成，栅架上涂覆有活性物质，其活性物质成份按重量百分比计，由氧化铜95%、乙炔黑5%组成；

　　所述碱性电解液成份按重量百分比计，由氧化锌15%、氢氧化钾25%、蒸馏水60%组成。

本发明铜碱蓄电池，所述栅架和活性物质通过耐碱纸封装在两侧为网孔的铜壳体内。

本发明铜碱蓄电池，所述碱性电解液按如下方法制备：

　　1）氢氧化钾水溶液制备：将氢氧化钾与蒸馏水混合，形成22％～40％浓度的氢氧化钾的水溶液；

　　2）将氧化锌溶解于氢氧化钾的溶液，通过反应为偏锌酸钾与氢氧化钾的混合液。

由于采用了上述技术方案，本发明具有的有益效果是：

　　本发明的负极板以铜片作基体，正极板以氧化铜作活性物质、以乙炔黑增强其导电性，充电时，铜片上面被镀上一层锌，作为负极的活性物质，放电时，锌跟氢氧化钾起反应生成偏锌酸钾和氢气，偏锌酸钾溶解于电解液中，氢气被正极的氧化铜氧化为水，如此的可逆反应周而复始，而且永久可逆，有效的客服了现有技术中铅酸蓄电池负极板的硫酸铅化和正极板铅栅的烂断的顽症问题。

本发明制作工艺简单、电池容量大，电池可靠性高、使用寿命长、成本低廉，其再回收利用的价值高、环保无污染，可广泛应用于电化学蓄电池技术领域。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明铜碱蓄电池作进一步的说明和阐述。

本发明铜碱蓄电池，包括负极板、正极板和碱性电解液，具体采用如下技术方案：

　　所述负极板以铜片作基体，充电时，铜片上面被镀上一层锌，作为负极的活性物质，放电时，锌跟氢氧化钾起反应生成偏锌酸钾（K₂ZnO₂）和氢气，其反应方程式1是：“zn（负极）+　2KOH　=　K₂ZnO₂　+　H₂”，偏锌酸钾溶解于电解液中，氢气被正极的氧化铜氧化为水；

　　所述正极板为栅架和活性物质组成，栅架是用铜片冲压或铜铸而成，所述栅架上涂覆有活性物质，其活性物质为氧化铜和乙炔黑，其优选的重量百分比为：氧化铜95%、乙炔黑5%，所述栅架和活性物质通过耐碱纸封装在两侧为网孔的铜壳体内，放电时，正极的氧化铜吸收负极产生的氢气将其氧化为水，氧化铜（Cu₂O）失去部分的氧，成为氧化亚铜（Cu₂O），以方程式2，表示为：“2CuO（正极）+ H₂ = Cu₂O + H₂O”；

　　所述碱性电解液为偏锌酸钾与氢氧化钾的混合液，其混合液通过将氧化锌溶解于22％～40％浓度的氢氧化钾的溶液加以制备，其重量百分比为：氧化锌15%、氢氧化钾25%、蒸馏水60%，以此混合液充当电解液，以方程式3，表示为：“3KOH + ZnO = K₂ZnO₂ + KOH + H₂O”；

　　将方程式1跟方程式2合并，其正、负极的电化学总反应，以方程式4，表示为：“2Zn（负极）+2CuO（正极）+K₂ZnO₂+4KCH ⇌ 3K₂ZnO₂（负极）+Cu₂O（正极）+H₂O+H₂”，充电时，方程式4由右端向左端，偏锌酸钾被还原为氢氧化钾及锌，锌分子沉积于负极上，放电时，方程式4由左端向右端，锌跟氢氧化钾反应生成右端的偏锌酸钾与氢，氢被氧化铜氧化为水，氧化铜因失氧成为氧化亚铜，在充电时，氧化亚铜吸收电解的氧成为氧化铜，如此的可逆反应周而复始，而且永久可逆，方程式4是铜碱蓄电池总的电化学反应。

Claims (3)

1.铜碱蓄电池，包括负极板、正极板和碱性电解液，其特征在于：

　　所述负极板以铜片作基体；

　　所述正极板为栅架和活性物质组成，栅架是用铜片冲压或铜铸而成，栅架上涂覆有活性物质，其活性物质成份按重量百分比计，由氧化铜95%、乙炔黑5%组成；

　　所述碱性电解液成份按重量百分比计，由氧化锌15%、氢氧化钾25%、蒸馏水60%组成。

2.根据权利要求1所述的铜碱蓄电池，其特征在于：所述栅架和活性物质通过耐碱纸封装在两侧为网孔的铜壳体内。

3.根据权利要求1所述的铜碱蓄电池，其特征在于：所述碱性电解液按如下方法制备：

　　1）氢氧化钾水溶液制备：将氢氧化钾与蒸馏水混合，形成22％～40％浓度的氢氧化钾的水溶液；

　　2）将氧化锌溶解于氢氧化钾的溶液，通过反应为偏锌酸钾与氢氧化钾的混合液。