CN104966858A - 一种铝空气电池堆及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能量转换与新能源领域的铝空气电池堆及其制备工艺。所述铝空气电池堆由若干个单电池组装而成；所用电解质为凝胶聚合物，可适用于各种金属燃料电池、金属离子电池等体系，尤其是漏液问题严重的电池体系。本发明铝空气电池堆的制备工艺为：将电解质溶液和聚合物溶液混合并过滤，将得到的澄清溶液注入成型容器内，再加入适量聚合引发剂溶液，得到凝胶聚合物电解质；再将正极、负极与之贴合，即制成铝空气电池单体，最后再将单电池按特殊结构组装成电池堆。本发明铝空气电池堆具有高比能量和高比功率的巨大潜力，可以从根本上解决电池电解液泄漏的问题，并有低成本、操作方便、结构简单、生产周期短、无污染、使用过程安全等优点。

Description

一种铝空气电池堆及其制备工艺

技术领域

本发明属于能量转换与新能源领域，具体涉及一种铝空气电池堆及其制备工艺。

背景技术

电子设备的快速发展，对电池提出了更高的性能要求。电池最主要的性能参数是容量密度及能量密度，分别对应单位质量的电池材料在放电过程中释放出来的电荷量(mAhg^-1)及能量(mWhg^-1)。考虑电池体积，还可以得到体积容量密度(mAhL^-1)及体积能量密度(mWhL^-1)。电池快速充放电的能力一般通过单位反应面积上的功率密度(mWcm^-2)表示。此外，电池的寿命、成本、安全性及环境友好性都是评价电池性能的重要因素。现行主要电池产品，如锌锰电池、铅酸电池、镍镉电池及镍氢电池等，受制于较低的能量密度，不能满足电动车辆等大型用电设备的需求。锂离子电池是目前应用最为广泛的一种储能设备，具有较高的工作电压和能量密度，但存在燃烧、爆炸等安全隐患。燃料电池可以在氧化剂作用下，将燃料中的化学能直接转化为电能，具有较高的能量利用效率。电化学反应中所需的燃料可持续供给或快速补充，摆脱了传统电池固定的容量限制。与其他电池燃料相比，金属材料在氧化过程中可以释放出大量能量。金属空气燃料电池在继承上述优点的基础上，将金属材料的高能量密度与空气中氧气的无限储备相结合，可以有效提高电池的理论能量密度，是高性能电池的理想解决方案之一。

传统的铝空气电池系统由铝阳极、电解质以及多孔空气阴极构成。在空气阴极外侧要覆盖具有隔水透气性能的防水层，避免电解质水溶液泄露。但传统液态电解质流动性很强，易渗透多孔空气电极从而造成泄漏，引发电池性能下降、污染周围环境等问题，且电解质溶液多为强碱性，又存在安全隐患。本专利提出了一种铝空气电池堆及其制备工艺，该发明具有高比能量和高比功率的优势，可以从根本上解决电解液泄漏的问题，兼具低成本、操作方便、结构简单、生产周期短、无污染、使用过程安全等优点。

发明内容

本发明涉及一种铝空气电池堆及其制备工艺，优点在于：1)铝空气电池堆具有高比能量和高比功率的优势；2)在铝空气电池堆中凝胶聚合物可以将电解质溶液牢牢锁住，表面不会有液体渗出，从根本上解决电池电解液泄漏的问题；3)成本低，简化了电池结构，电池制备过程省去了传统的电池夹具，降低了制备的大部分成本；4)安全无污染，因为不会有电解质泄漏，所以不会存在强碱性电解液烧伤皮肤等的安全隐患。

本发明技术方案如下：

一种铝空气电池堆，其中，固定部件6嵌套在玻璃平板7上，6和7作为电池堆的底座；若干由阳极铝板1、凝胶聚合物2、多孔空气电极3组成的铝空气电池单体排列在电池堆底座上，电池单体间用碳板4隔开，碳板4分布流道的一次紧贴多孔空气电极3；电池堆两侧有集流板5结构。

一种铝空气电池堆的制备工艺，其中，铝空气电池单体的制备方法，包括以下步骤：

1)配制电解质溶液：称取固体电解质置于烧杯中，加入去离子水，超声至溶液澄清；再向电解质溶液中加入添加剂，超声至溶液澄清；

2)配制聚合物溶液：称取N,N-亚甲基双丙烯酰胺，加入丙烯酸，超声至溶液澄清；

3)将步骤1)和步骤2)中配制好的电解质溶液和聚合物溶液混合，过滤沉淀物质，得到澄清溶液；

4)将步骤3)中得到的澄清溶液注入成型容器中；

5)配制聚合引发剂溶液：称取固体聚合引发剂，加入去离子水，超声至溶液澄清；

6)将步骤5)中配制的聚合引发剂加入步骤4)中的成型容器，充分搅拌后静置5分钟即可得到凝胶聚合物电解质；

7)将步骤6)得到的凝胶聚合物电解质从成型容器中剥离出来，在其两侧贴合铝片和多孔空气电极，得到铝空气电池单体。

优选地，电解质为氢氧化钾或氯化钠，添加剂为氧化锌；聚合引发剂为过硫酸钠或过硫酸钾。

本发明提出了一种铝空气电池堆及其制备工艺，目的是为了解决传统铝空气电池电解液泄漏的问题，同时还有降低成本、简化操作的效果。

附图说明

图1为本发明铝空气电池单体制备方法流程图；

图2为本发明铝空气电池堆剖面图；

其中，1-阳极铝板，2-凝胶聚合物，3-多孔空气电极，4-碳板，5-集流板，6-固定部件，7-玻璃平板。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1：以30片单体组成的固态铝空气电池堆。该电池堆的比能量可达500Wh/kg，功率达到300W/kg，能正常驱动一辆自行车。其制备过程如下：

1)称取8g氢氧化钾置入烧杯中，加入15ml去离子水，超声至溶液澄清；向电解质溶液中加入0.2g氧化锌，再次超声至溶液澄清；

2)称取0.2g N,N-亚甲基双丙烯酰胺，加入1.2g丙烯酸，超声至溶液澄清；

3)将步骤1)和步骤2)中配制好的电解质溶液和聚合物溶液混合，过滤沉淀物质得到澄清溶液；

4)将步骤3)中得到的澄清溶液注入成型容器中；

5)称取0.5g过硫酸钾，加入12ml去离子水，超声至溶液澄清；

6)将步骤5)中配制的聚合引发剂加入步骤4)中的成型容器，充分搅拌后静置5分钟即可得到凝胶聚合物电解质；

7)步骤6)得到的凝胶聚合物电解质从成型容器中剥离出来，按铝片、电解质、空气电极的顺序贴合，得到铝空气电池单体；

8)通过碳板将上述步骤7)得到的30片单体交替隔开，并固定在玻璃平板，并通过集流板采电形成30片单体组成的固态铝空气电池堆。该铝空气电池堆输出能量为500Wh，功率为300W，重量为1kg。

Claims (3)

1.一种铝空气电池堆，其特征在于，固定部件(6)嵌套在玻璃平板(7)上，(6)和(7)作为电池堆的底座；由阳极铝板(1)、凝胶聚合物(2)、多孔空气电极(3)组成的铝空气电池单体排列在电池堆底座上，电池单体间用碳板(4)隔开，碳板(4)分布流道的一侧紧贴多孔空气电极(3)；电池堆两侧有集流板(5)结构。

2.一种权利要求1所述铝空气电池堆的制备工艺，其特征在于，铝空气电池单体的制备方法包括以下步骤：

1)配制电解质溶液：称取固体电解质置入烧杯中，加入去离子水，超声至溶液澄清；再向电解质溶液中加入添加剂，超声至溶液澄清；

2)配制聚合物溶液：称取N,N-亚甲基双丙烯酰胺，加入丙烯酸，超声至溶液澄清；

3)将步骤1)和步骤2)中配制好的电解质溶液和聚合物溶液混合，过滤沉淀物质，得到澄清溶液；

4)将步骤3)中得到的澄清溶液注入成型容器中；

5)配制聚合引发剂溶液：称取固体聚合引发剂，加入去离子水，超声至溶液澄清；

6)将步骤5)中配制的聚合引发剂加入步骤4)中的成型容器，充分搅拌后静置5分钟，即可得到凝胶聚合物电解质；

7)将步骤6)得到的凝胶聚合物电解质从成型容器中剥离出来，在其两侧贴合铝片和多孔空气电极，得到铝空气电池单体。

3.根据权利要求2所述铝空气电池堆的制备工艺，其特征在于，所述电解质为氢氧化钾或氯化钠，添加剂为氧化锌；所述聚合引发剂为过硫酸钠或过硫酸钾。