CN105958115B

CN105958115B - 镁电池及包含该镁电池的发电装置

Info

Publication number: CN105958115B
Application number: CN201610524771.XA
Authority: CN
Inventors: 焦践铭
Original assignee: Individual
Current assignee: Shenzhen Bolong Energy Co ltd
Priority date: 2016-07-05
Filing date: 2016-07-05
Publication date: 2018-06-29
Anticipated expiration: 2036-07-05
Also published as: CN105958115A

Abstract

本发明提供一种能够长期保存并且即使在寒冷地域也能够合适地使用的镁电池。一种镁电池，其特征在于，具有：壳体、包含正极及具有含有镁的负极活性物质的负极的电极部、分散介质、通过分散于分散介质而表现镁离子导电性的电解质，电极部和电解质配置于壳体的内部，分散介质以与电解质隔离的状态配置于壳体的内部或外部，在使用时，分散介质与电解质接触、混合，进行发电。

Description

镁电池及包含该镁电池的发电装置

技术领域

本发明涉及镁电池及包含该镁电池的发电装置，更具体而言，涉及能够长期保存并且即使在寒冷地域也能够合适地使用的镁电池及包含该镁电池的发电装置。

背景技术

近年来，利用镁离子的移动的镁电池作为成本及安全性优异的电池备受关注。镁的标准电极电位低达-2.375V，在金属中，不仅比较轻质，而且与锂相比，安全性也高，且资源性也丰富。

例如，专利文献1(日本特开2012-38666号公报)中公开有一种镁电池，其特征在于，具备由镁构成的负极、和能够保持从负极溶出镁离子的水系电解液的保液部，保液部将柠檬酸盐的水溶液作为水系电解液保持。

上述专利文献1所记载的镁电池中，柠檬酸离子和从负极溶出的镁离子络合，使氢氧化镁的溶解度增大，由此，抑制氧化镁的析出，能够进行镁的持续电解，其结果能够持续维持较大的镁电池的负极容量。

另外，专利文献2(日本特开2013-182862号公报)中公开有一种镁电池，其特征在于，包含能够进行镁离子的插入及脱离的正极、能够进行镁金属、含有镁的合金或镁离子的插入及脱离的负极、以及具有镁离子导电性的电解质，其中，正极含有镁卟啉。

上述专利文献2所记载的镁电池即使在正极材料中不含高昂的稀有金属，也能够实现充分的放电容量，能够提供成本性优异的镁电池。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：(日本)特开2012-38666号公报

专利文献2：(日本)特开2013-182862号公报

发明内容

发明所要解决的课题

但是，上述专利文献1及专利文献2的镁电池未考虑到在寒冷地域的使用，伴随使用环境温度的降低而电解液冻结时，难以使用。而且，由于正极及负极持续与电解液接触，不适于长期保存。

因此，本发明的目的在于提供一种能够长期保存并且即使在寒冷地域也能够合适地使用的镁电池。另外，本发明的目的还在于提供一种便携用或者临时用的发电装置，通过使用该镁电池，能够长期保存，并且即使在寒冷地域也能够合适地使用。

用于解决课题的技术方案

为了解决上述课题，本发明提供一种镁电池(及使用镁电池的发电装置)，其特征在于，具有：

壳体，

包含正极及负极的电极部，其中，负极具有含有镁的负极活性物质，

分散介质，和

通过分散于上述分散介质而表现镁离子导电性的电解质，

上述电极部和上述电解质配置于上述壳体的内部，

上述分散介质以与上述电解质隔离的状态配置于上述壳体的内部或外部，

在使用时，利用来自外部的压力，上述分散介质与上述电解质接触、混合，进行发电。

在上述本发明的镁电池中，作为代表的方式，优选：

上述壳体由包含上述电极部的第一壳体和包含上述分散介质的第二壳体构成，

上述第二壳体的底面以朝向上述第二壳体向下的方式倾斜，上述分散介质利用重力而从上述第二壳体自然流入上述第一壳体。

该情况下，优选：在上述第二壳体设有具有突起部的插入部件，

上述分散介质内包于袋体，

在使用时，通过来自外部的压力，上述插入部件刺破上述袋体，上述分散介质与上述电解质接触、混合，进行发电。

另外，在本发明的镁电池中，优选上述分散介质具有防冻性，更优选上述分散介质含有选自甘油、乙二醇、一缩二乙二醇、及丙二醇中的1种以上的醇。此外，本发明中所说的“防冻性”是指分散介质在0℃以下(优选为0℃～-50℃、更优选为0℃～-90℃)不冻结。

而且，在本发明的镁电池中，在从外部对第二壳体施加压力的情况下，该第二壳体被破坏，处于第二壳体的内部的分散介质侵入第一壳体。由此，通过电解质与分散介质混合，发挥作为电解液的功能。该电解液只要是与电极部接触的形态即可，本发明中，可以是液体，也可以是流体，还可以是凝胶体。另外，本发明还提供一种将蓄电池与本发明的镁电池组合而成的发电装置。

发明效果

本发明能够提供能够长期保存并且即使在寒冷地域也能够合适地使用的镁电池及使用该镁电池的发电装置。另外，也能够适当更换含有分散介质的袋体(例如在分散介质为防冻液的情况下，由于防冻液也经年劣化，因此优选为能够更换的构造。)。

附图说明

图1是示意表示使用了本发明的镁电池的发电装置的代表实施方式的结构的概略俯视图。

图2是用于说明图1所示的发电装置的第二壳体10的内部构造的局部概略剖面图。

图3是表示本发明的镁电池的电极配置的一例的概略图。

图4是表示本发明的镁电池的放电时的状态的概略图。

符号说明

1…镁电池(发电装置)、

2…壳体、4…电极部、

6…袋体(分散介质贮存部)、

8…第一壳体、

10…第二壳体、

20…负极、

22…正极、

24…隔板、

26…电解质、

30…分散介质、

32…蓄电池、

34…插口用分接头、

36…料斗部、

38…分隔部件、

40…止动器、

42…插入部件、

44…倾斜部、

46…开口部。

具体实施方式

以下，参照附图详细说明本发明的镁电池及包含该镁电池的发电装置的代表实施方式，但本发明不仅限于这些实施方式。另外，在以下的说明中，对于相同或相当部分标注同一符号，也有时省略重复的说明。附图用于示意性说明本发明，因此，为了便于理解，也有时根据需要将尺寸、比例或数量夸张或简化表示。

《镁电池(发电装置)的结构》

图1是示意表示使用了本发明的镁电池的发电装置的代表实施方式的结构的概略俯视图。如图1所示，镁电池(发电装置)1中，在壳体2中的第一壳体8的内部配置有由正极、具有含有镁的负极活性物质的负极、及电解质构成的电极部4。另外，在壳体2中的第二壳体10的内部，以与电极部4分离的状态配置有作为含有分散介质的分散介质贮存部的袋体6。即，贮存于分散介质贮存部6的分散介质(流体状)不与电极部4接触。

壳体2具有将相互相邻的第一壳体8和第二壳体10一体化且如图2所示在内部连通的构造，如后所述，在使用时从外部施加了压力的情况下，袋体6中所含的分散介质与第一壳体8内的电解质接触。

这里，图2是用于说明图1所示的发电装置的第二壳体10的内部构造的局部概略剖面图。在本实施方式中，如图2所示，壳体2由包含电极部4或电解质的第一壳体8、和内置含有分散介质的袋体6的第二壳体10构成。

如图2所示，第二壳体10的底面(倾斜部)44以朝向第二壳体8向下的方式倾斜，在分散介质从袋体6出来的情况下，分散介质利用重力从第二壳体10自然流入第一壳体8。

更详细地进行说明，在本实施方式中，在第二壳体10设有在中央具有开口部的平面状的分隔部件38，在这里配置有上端具有圆盘状部分且下端具有尖的突起部的插入部件42，以钩挂于圆盘状部的方式嵌入止动器40，使插入部件42不向下方移动。

而且，在使用时，利用来自外部的压力(即通过施加外力)，卸下该止动器40，插入部件42向下方(即图2中箭头X的方向)移动。

于是，利用插入部件42的尖的前端部刺破内包分散介质的袋体6，分散介质利用重力自然地流向箭头Y的方向。此时，支承袋体6的底面的料斗部36的结构为：朝向中央的开口部向下方倾斜、分散介质流向该开口部。

在隔开第二壳体10和第一壳体8的壁的下方设有开口部46，从第二壳体10侵入第一壳体8的分散介质经由开口部46与第二壳体8中所含的电解质接触、混合，进行发电。

通过使电极部4浸渍于(接触)分散介质，电极部4的电解质与分散介质接触、混合，镁离子(Mg²⁺)变得能够移动，输送电荷(发电)。

在不损及本发明的效果的范围内，壳体2(上部壳体8及下部壳体10)能够使用现有公知的各种材料，只要考虑作为电池的安全性及成本等选择即可，例如能够合适地使用具有某程度的刚性的各种树脂制容器等(例如大致长方体状)。

止动器42只要在突起部能够使袋体6的一部分破损即可，没有特别限定，在不损及本发明的效果的范围内，能够使用现有公知的各种材料，突起部能够使用刃具或突起物等。另外，作为袋体6，只要选择能够安全长期保存分散介质、且能够利用止动器42的突起部容易地破损的材料即可，能够使用各种树脂制袋体等。也能够代替袋体而使用例如大致长方体状的树脂制容器。

《电极部》

图3是表示本发明的镁电池的电极配置的概略图。在电极部4交互配置单个或多个负极20和正极22而构成电极组。这里，负极20和正极22由隔板24隔开，在隔板24和正极22之间配置有电解质26。此外，电解质26也可以以分散于正极22等方式与正极22一体形成。

负极20只要是具有含有镁的负极活性物质且镁离子(Mg²⁺)能够移动的负极即可，没有特别限定。负极20例如能够使用镁金属制片材、或将该镁金属制片材与镍、不锈钢等金属箔压接的材料等。

另外，作为负极20的材料，能够例示作为负极活性物质含有镁作为主成分的合金(例如镁-锡合金、镁-硅合金等)、或镁离子(Mg²⁺)能够移动的非晶碳等。含有这些负极活性物质的负极20例如能够通过在铜箔之类的金属箔涂布将负极活性物质和聚偏氟乙烯(PVDF)之类的粘接剂分散于N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)之类的有机溶剂中得到的浆料并进行干燥来得到。

镁电池1例如能够为使用卤素作为正极活性物的镁-卤电池、使用空气作为正极活性物质的镁-空气电池、或利用镁的插层反应的镁离子电池等。

正极22没有特别限定，也可以是金属板，另外，例如在镁-卤电池的情况下，正极可以以卤素为正极活性物质。该正极活性物质也可以通过溶解于离子传导介质中的卤素进行供给。另外，正极22也可以含有卤素的氧化还原催化剂。通过卤素氧化还原催化剂促进作为正极活性物质的卤素的还原反应，从而作为正极活性物质的功能提高。作为卤的氧化还原催化剂，例如，能够例示镍等。

在镁-空气电池的情况下，正极22能够以来自气体或液体的氧作为正极活性物质。作为气体，可以是空气，也可以是氧气。另外，作为液体，也可以是水。出于使正极22中的反应更有效进行的目的，正极22也可以含有氧的氧化还原催化剂。作为氧的氧化还原催化剂，能够例示二氧化锰、四氧化三钴等金属氧化物、Pt、Pd、Co等金属、金属卟啉、金属酞青、离子化富勒烯(fullerene)、碳纳米管等有机及无机化合物。另外，例如在镁离子电池的情况下，正极能够具有可吸藏放出镁的正极活性物质。

正极22也可以如下形成：将上述氧化还原催化剂和正极活性物质、粘接材料、及电解质26等混合，添加适当的溶剂制成膏状的正极材料，将这样的材料涂布于集电体的表面并干燥，根据需要，为了提高电极密度而进行压缩。电解质26只要是对电池的性能没有不良影响的电子传导性材料即可，没有特别限定，例如可以使用天然石墨(鳞状石墨、鳞片状石墨)或人造石墨等石墨、乙炔黑、炭黑、科琴黑、碳晶须、针状焦、碳纤维、活性炭、金属(铜、镍、铝、银、金等)等的1种或将2种以上混合而成的材料。

在电极部4，根据需要，也能够适当含有其它要素。对于该要素，能够使用现有公知的镁电池所使用的要素，没有特别限制。另外，电极部4能够形成为硬币形、圆筒形、层压形等现有公知的形状，电极部4的制造方法也能够使用现有公知的方法。

《电解液(电解质+分散介质)》

本发明的镁电池中，分散介质和电解质混合而构成电解液。电解质的一部分或全部也可以溶解于分散介质中。

作为电解质，例如，可以列举镁(双三氟甲烷磺酰亚胺)[Mg(TFSI)₂]、高氯酸镁(Mg(ClO₄)₂)、六氟磷酸镁(Mg(PF₆)₂)等含有镁离子的金属盐、以及氢氧化镁(Mg(OH)₂)、硫酸镁(MgSO₄)、氯化镁(MgCl₂)等含有镁离子的金属盐、自然盐等。

另外，作为分散介质，例如，能够使用水、碳酸乙烯酯(EC)及碳酸二甲酯(DMC)(体积比1︰1)的混合溶剂、EC及碳酸二乙酯(DEC)等的混合溶剂、或碳酸丙烯酯等的单独溶剂、甘油、乙二醇、一缩二乙二醇、丙二醇、尿、或果汁、咖啡等饮料等。

其中，优选分散介质及电解液具有防冻性，更优选含有选自甘油、乙二醇、一缩二乙二醇、及丙二醇中的1种以上的醇。

《放电状态》

这里，图4是表示本发明的镁电池的放电时的状态的概略图。如上所述，通过止动器42的移动，袋体6的一部分被前端的突起部刺破，由此，分散介质30从袋体6被放出。被放出的分散介质30从经由第二壳体10的下方倾斜部44，并经由开口部46浸入第一壳体8的内部，负极20、正极22、及电解质26一同浸渍于分散介质30中。

这样，由于负极20、正极22、及电解质26一同浸渍于分散介质30中(即，电极部4浸渍于电解液中)，通过经由分散有电解质26的分散介质30的镁离子(Mg²⁺)的移动来输送电荷。即，本发明的镁电池1中，利用来自外部的压力使止动器42向下方移动，供给分散介质30，能够表现作为电极部电池的功能。

另外，通过使用具有防冻性的分散介质30，能够抑制使用环境温度的降低导致的镁电池1的电动势的降低，即使在使用环境温度在冰点以下的情况下，也能够维持作为电池的功能。即，镁电池1例如能够作为寒冷地域的非常规用的电池合适地使用。

以上，对本发明的镁电池的代表实施方式进行了说明，但本发明不仅限定于这些实施方式，能够进行各种设计变更，这些设计变更全部包含于本发明的技术范围内。例如，在上述实施方式中，例示了将电解质贮存部配置于电极部的下侧、电解质从电极部的下侧浸渍的方式，但也可以设计为将电解质贮存部配置于电极部的上侧，电解质从电极部的上侧浸渍的方式。

在该镁电池中的电极部的正极端子及负极端子连接例如LED元件等时，能够作为发电装置适当利用。另外，电极部的构造也能够适当变更，也可以为相对于第一电极U状地配置第二电极的构造。电极部的数量只要是1以上即可，本发明的镁电池能够实现本来的作用效果。

而且，本发明的镁电池能够与锂二次电池或铅电池等蓄电池并用。与蓄电池并用时，分散介质与电解质接触、混合而开始发电，能够蓄积多余的电力，在需要时使用。此外，图1所示的镁电池1包含蓄电池32及插口用分接头34。

Claims

1.一种镁电池，其特征在于，具有：

壳体，

具有防冻性的分散介质，和

通过分散于所述分散介质而表现镁离子导电性的电解质，

所述电极部和所述电解质配置于所述壳体的内部，

所述分散介质以与所述电解质隔离的状态配置于所述壳体的内部或外部，

在使用时，利用来自外部的压力，所述分散介质与所述电解质接触、混合，进行发电。

2.如权利要求1所述的镁电池，其特征在于，

所述壳体由包含所述电极部的第一壳体和包含所述分散介质的第二壳体构成，

所述第二壳体的底面以朝向所述第二壳体向下的方式倾斜，所述分散介质利用重力而从所述第二壳体自然流入所述第一壳体。

3.如权利要求2所述的镁电池，其特征在于，

在所述第二壳体设有具有突起部的插入部件，

所述分散介质内包于袋体，

在使用时，利用来自外部的压力，所述插入部件刺破所述袋体，所述分散介质与所述电解质接触、混合，进行发电。

4.一种发电装置，其包含权利要求1～3中任一项所述的镁电池和蓄电池。