CN105742760A - 一种锌/空气电池堆及其操作方法 - Google Patents

Abstract

一种锌/空气电池堆，包括N个锌/空气单体电池，N为自然数；所述锌/空气单体电池包括锌负极、氧正极及二者之间的电解液腔，所述电解液腔中含有溶胀性聚合物。所述溶胀性聚合物为聚丙烯酸、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、壳聚糖中的一种或两种以上。所述锌/空气电池堆的操作方法包括于所述锌/空气电池堆单体电池的电解液腔中加入碱性电解质水溶液；再开启锌/空气电池堆使其对外放电两个步骤。与现有技术相比，本发明所述锌/空气电池堆具有可满足含多个单电池的电池组电解液集中注入的要求；胶体电解质在电解液注入过程中形成，胶体吸液速度快；电解质电导率高、电池性能好。

Description

一种锌/空气电池堆及其操作方法

技术领域

本发明涉及锌/空气电池堆，具体的说是一种电解液腔中含有溶胀性聚合物的锌/空气电池堆，本发明还涉及上述锌/空气电池堆的操作方法。

背景技术

锌/空气电池是一种采用金属锌作为阳极燃料，空气中氧气作为氧化剂，碱液作为电解质溶液的电化学反应装置。我国金属锌储量丰富、且价格低廉。与传统一次、二次电池相比，锌/空气电池具有能量密度高，安全性好，反应物和产物无污染，工作安静隐蔽，燃料储存、运输、携带安全方便，且干态存储性好等特点，在通讯电源、照明电源、电动车辆电源和大规模储能电源等诸多领域具有广阔的应用前景。

锌/空气电池电极反应和电池总反应如式(1)-(3)所示，其理论能量密度高达1350Wh/kg。

阳极反应：Zn+2OH^-→ZnO+H₂O+2e^--1.25V

(1)

阴极反应：1/2O₂+H₂O+2e^-→2OH^-+0.401V

(2)

电池总反应：Zn+1/2O₂→ZnO+1.65V

(3)

锌/空气电池通常采用碱性KOH水溶液作为电解质。KOH水溶液具有电导率高、加注方便等优点。然而，KOH电解液属于强腐蚀性液体，如果在电池使用、维护过程中发生电解液泄露，则会对使用人员和设备带来安全隐患。

专利CN1635660A发明了一种碱性胶体锌/空气电池。该专利中采用琼脂、氢氧化钾溶液调制作为胶体电解质，具有工艺简单、适合批量生产等优点。然而，由于胶体电解质需在装配电池前配制好，该方法制备的胶体锌/空气电池仅适用于一次电池，无法满足机械更换阳极时的使用要求。

发明内容

本发明针对现有锌/空气电池堆无法同时解决电解液易泄露和阳极机械更换的问题，提出一种锌/空气电池。

本发明为实现上述目的，采用以下具体方案来实现：

一种锌/空气电池堆，包括N个锌/空气单体电池，N为1以上的自然数，所述锌/空气单体电池包括锌负极、氧正极及二者之间的电解液腔，所述电解液腔中含有溶胀性聚合物。

所述溶胀性聚合物为聚丙烯酸、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、壳聚糖中的一种或两种以上。

所述2个以上锌/空气单体电池的电解液腔相互连通。

所述锌负极为可拆卸式的可更换结构。

锌/空气电池单体电池中，溶胀性聚合物占电解液腔体积的2-30％。

所述锌/空气电池堆的操作方法，包括先于所述锌/空气电池堆单体电池的电解液腔中加入碱性电解质水溶液作为电解液，再开启锌/空气电池堆使其对外放电；所述碱性电解质水溶液为氢氧化钠水溶液、氢氧化钾水溶液中的一种或两种。

所述碱性电解质水溶液的浓度为2mol/L-10mol/L。

所述碱性电解质水溶液的加入量为使得溶胀性聚合物在碱性电解质水溶液中的质量浓度为0.5-5％。

所述锌/空气电池单体电池中，溶胀性聚合物于电解液腔中的质量为每毫升电解液0.005g-0.1g。

该方法通过在干态锌/空气电池堆的单体电池电解液腔中装载溶胀型粘结剂，在注入电解液激活电池时，粘结剂迅速将电解质溶液吸收并形成胶体电解质，使电解质电导率满足锌/空气电池性能要求的同时解决了锌/空气电池堆使用和维护过程中的易泄露的问题，提高使用安全性。

与现有技术相比，本发明所述胶体型锌/空气电池具有以下优点：

(1)满足含多个单电池的电池组电解液集中注入的要求；

(2)胶体在电解液注入过程中形成，吸液速度快；

(3)电解质电导率高、电池性能高。

附图说明

图1为胶体电解质锌/空气电池放电曲线；

具体实施方式

实施例1：

一种锌/空气电池堆，由6个单体电池组成，且单体电池的电解液腔相互连通，单体电池的锌负极具有机械可更换的结构，每个电解液腔中均装载有1g聚丙烯酸、1g聚乙烯醇。

锌/空气电池堆单体电池的电极面积为12×16cm²，极间距为2mm。锌负极由锌粉、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、PTFE组成；其中聚丙烯酸、聚丙烯酸钠以及PTFE的质量百分含量均为0.5％。氧阴极以泡沫镍作为集流体并于集流体上压合有气体扩散电极，气体扩散电极中以Ag/MnOx/C为催化剂，碳粉为导电材料、PTFE为粘结剂，Ag/MnOx/C、碳粉和PTFE的质量百分含量分别为30％、60％和10％。

锌/空气电池堆工作前，首先于相互连接的电解液腔中加入质量浓度为30％的KOH水溶液，使电解液腔中形成胶体电解质。将电池堆倾斜90度观察发现电池堆无液体流出。然后，再将锌/空气电池堆与电子负载相连使其对外放电。电池性能如图1所示。从图中可以看出，锌/空气电池堆放电性能良好。

实施例2：

一种锌/空气电池堆，由6个单体电池组成，且单体电池的电解液腔相互连通，单体电池的锌负极具有机械可更换的结构，每个电解液腔中均装载有2g聚丙烯酸。

锌/空气电池堆单体电池的电极面积为12×16cm²，极间距为2mm。锌负极由锌粉、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、PTFE组成；其中聚丙烯酸、聚丙烯酸钠以及PTFE的质量百分含量均为0.5％。氧阴极以泡沫镍作为集流体并于集流体上压合有气体扩散电极，气体扩散电极中以Ag/MnOx/C为催化剂，碳粉为导电材料、PTFE为粘结剂，Ag/MnOx/C、碳粉和PTFE的质量百分含量分别为30％、60％和10％。

锌/空气电池堆工作前，首先于相互连接的电解液腔中加入质量浓度为30％的KOH水溶液，使电解液腔中形成胶体电解质。将电池堆倾斜90度观察发现电池堆无液体流出。

Claims (9)

1.一种锌/空气电池堆，包括N个锌/空气单体电池，N为1以上的自然数，其特征在于：所述锌/空气单体电池包括锌负极、氧正极及二者之间的电解液腔，所述电解液腔中含有溶胀性聚合物。

2.如权利要求1所述锌/空气电池堆，其特征在于：所述溶胀性聚合物为聚丙烯酸、聚乙烯醇、聚丙烯酰胺、壳聚糖中的一种或两种以上。

3.如权利要求1所述锌/空气电池堆，其特征在于：所述2个以上锌/空气单体电池的电解液腔相互连通。

4.如权利要求1所述锌/空气电池堆，其特征在于：所述锌负极为可拆卸式的可更换结构。

5.如权利要求1所述锌/空气电池堆，其特征在于：锌/空气电池单体电池中，溶胀性聚合物占电解液腔体积的2-30％。

6.如权利要求1-5任一所述锌/空气电池堆的操作方法，其特征在于：包括先于所述锌/空气电池堆单体电池的电解液腔中加入碱性电解质水溶液作为电解液，再开启锌/空气电池堆使其对外放电；所述碱性电解质水溶液为氢氧化钠水溶液、氢氧化钾水溶液中的一种或两种。

7.如权利要求6所述锌/空气电池堆的操作方法，其特征在于：所述碱性电解质水溶液的浓度为2mol/L-10mol/L。

8.如权利要求6所述锌/空气电池堆的操作方法，其特征在于：所述碱性电解质水溶液的加入量为使得溶胀性聚合物在碱性电解质水溶液中的质量浓度为0.5-5％。

9.如权利要求6所述锌/空气电池堆的操作方法，其特征在于：所述锌/空气电池单体电池中，溶胀性聚合物于电解液腔中的质量为每毫升电解液0.005g-0.1g。