CN107204499A - 一种新型金属空气电池系统 - Google Patents

一种新型金属空气电池系统 Download PDF

Info

Publication number
CN107204499A
CN107204499A CN201710440375.3A CN201710440375A CN107204499A CN 107204499 A CN107204499 A CN 107204499A CN 201710440375 A CN201710440375 A CN 201710440375A CN 107204499 A CN107204499 A CN 107204499A
Authority
CN
China
Prior art keywords
electrolyte
metal
battery system
metal electrode
electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201710440375.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107204499B (zh
Inventor
田丙伦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hydrogen New (Shanghai) New Energy Technology Co.,Ltd.
Original Assignee
Shanghai Bo Xuan Energy Science Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Bo Xuan Energy Science Co Ltd filed Critical Shanghai Bo Xuan Energy Science Co Ltd
Priority to CN201710440375.3A priority Critical patent/CN107204499B/zh
Publication of CN107204499A publication Critical patent/CN107204499A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107204499B publication Critical patent/CN107204499B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M12/00—Hybrid cells; Manufacture thereof
    • H01M12/04—Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of the fuel-cell type and of a half-cell of the primary-cell type
    • H01M12/06—Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of the fuel-cell type and of a half-cell of the primary-cell type with one metallic and one gaseous electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/70—Arrangements for stirring or circulating the electrolyte
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Hybrid Cells (AREA)
  • Inert Electrodes (AREA)

Abstract

本发明涉及一种新型金属空气电池系统，它包括壳体、空气扩散电极、金属电极、含有碱性电解质的电解液和电解质加速装置，所述空气扩散电极和所述金属电极之间形成用于容纳所述电解液的第一通道；所述第一通道与所述壳体外部通过外部导管连通形成用于容纳所述电解液流动通过的电解液循环回路；所述电解质加速装置连接在所述电解液循环回路中，它还包括形成在所述金属电极另一侧且通过所述金属电极与所述第一通道相连通的第二通道，所述第二通道与所述壳体外部通过所述外部导管相连通，所述金属电极为泡沫基体，避免了金属电极消耗不规律的现象，有利于提高充放电功率和电池的稳定性，缓解金属枝晶的生长而延长使用寿命。

Description

一种新型金属空气电池系统
技术领域
本发明属于金属空气电池领域，涉及一种电池系统，具体涉及一种新型金属空气电池系统。
背景技术
随着移动电子设备的快速发展，小至手机、笔记本电脑，大至电动汽车，均依赖电池提供电力。目前电池的能量密度是限制各种电子设备续航能力的技术瓶颈。金属空气电池以其极高的理论能量密度，成为下一代电池的理想备选方案。金属空气电池通常包括金属电极、空气扩散电极和电解液，其中电解液在金属空气电池中起着重要作用。由于电解液的限制，现有的金属空气电池通常功率较小，阴极和阳极的间距随着其不断消耗而微变，导致电池的稳定性较差。
发明内容
本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种新型金属空气电池系统。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种新型金属空气电池系统，它包括壳体、空气扩散电极、金属电极、含有碱性电解质的电解液和电解质加速装置，所述空气扩散电极和所述金属电极容置在所述壳体形成的腔体内，所述空气扩散电极和所述金属电极之间形成用于容纳所述电解液的第一通道；所述第一通道与所述壳体外部通过外部导管连通形成用于容纳所述电解液流动通过的电解液循环回路；所述电解质加速装置连接在所述电解液循环回路中，用于对所述电解液进行加速使其在所述第一通道内流动；所述电解液循环回路包括用于提供所述电解液的储液容器，所述储液容器与所述壳体上设置的第一入口和出口通过所述外部导管连接；它还包括形成在所述金属电极另一侧且通过所述金属电极与所述第一通道相连通的第二通道，所述第二通道与所述壳体外部通过所述外部导管相连通，所述金属电极为泡沫基体。
优化地，所述储液容器还通过所述外部导管与所述壳体上设置的第二入口相连接。
优化地，所述电解液加速装置为微泵、活塞泵、柱塞泵、隔膜泵、齿轮泵、叶轮泵或螺杆泵。
优化地，所述金属电极为泡沫基体，其厚度为0.1～10mm，其孔隙率为70～98％，其材质为Ni、Cu、NiCrFe、ZnCu、NiCu、NiCrW、NiFe或Ti。
进一步地，所述金属电极的表面形成材质为金属氧化层或多孔聚合物膜层的不导电层。
优化地，所述空气扩散电极包括泡沫基体、沉积在泡沫基体上的贵金属纳米粒子以及粘结在泡沫基体任一表面的催化层。
进一步地，所述贵金属纳米粒子为Pt或Ir，其粒径为5～50nm。
进一步地，所述催化层为的钙钛矿型金属氧化物。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明新型金属空气电池系统，通过在金属电极的另一侧形成第二通道，由于金属电极为泡沫基体使得第二通道通过金属电极与第一通道相连通，这样能够使得通过金属电极的电解液浓度一致，避免了金属电极消耗不规律的现象，有利于提高充放电功率和电池的稳定性，缓解金属枝晶的生长而延长使用寿命。
附图说明
图1为本发明新型金属空气电池系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明进行进一步说明。
如图1所示的新型金属空气电池系统，它主要包括壳体(图中未显示)、空气扩散电极2、金属电极1、含有碱性电解质的电解液6和电解质加速装置7等。
其中，空气扩散电极2和金属电极1容置在壳体形成的腔体内。金属电极1采用常规的泡沫基体，其厚度为0.1～10mm，其孔隙率为70～98％，其材质为Ni、Cu、NiCrFe、ZnCu、NiCu、NiCrW、NiFe或Ti；还优选在它的表面形成不导电层，不导电层为金属氧化层或多孔聚合物膜层。通过在泡沫基体上形成不导电层，当它与阴极、电解质组装成金属空气电池后可以避免其内产生枝晶，从而有效提高其使用寿命和稳定性。所述金属氧化层的材质优选为二氧化钛或二氧化锆，它们沉积在泡沫层的表面。或者所述多孔聚合物膜层的材质优选为PP(聚丙烯)、PVC(聚氯乙烯)或PC(聚碳酸酯)，它们通过热压的方式形成在泡沫层的表面，其孔隙率为20～80％。空气扩散电极2采用市售的即可，优选为包括泡沫基体、沉积在泡沫基体上的贵金属纳米粒子以及粘结在泡沫基体任一表面的催化层(市售现有的钙钛矿型金属氧化物)；泡沫层与上述的泡沫基体相同；贵金属纳米粒子为Pt或Ir，其粒径为5～50nm，采用现有的化学溶液方法进行沉积；催化层则使用PTFE等粘结剂形成在泡沫层表面；还优选将微孔PTFE膜热压在催化层表面，以减少电解液6的渗漏。
第一通道3形成在空气扩散电极2和金属电极1之间，用于容纳所电解液6(采用现有的即可)。第一通道3与壳体外部通过外部导管42连通形成用于容纳电解液6流动通过的电解液循环回路4，具体为：电解液循环回路4还包括用于提供电解液的储液容器41，储液容器41与壳体上设置的第一入口和出口通过外部导管42连接。电解质加速装置7(为微泵、活塞泵、柱塞泵、隔膜泵、齿轮泵、叶轮泵或螺杆泵)连接在电解液循环回路4中，用于对电解液6进行加速使其在第一通道3以及电解液循环回路4中流动。第二通道5形成在金属电极1的另一侧，它通过金属电极1与第一通道3相连通；第二通道5与壳体外部通过外部导管42相连通，使得储液容器41通过外部导管42与壳体上设置的第二入口相连接；这样经电解质加速装置7加速的电解液6除了能导入第一通道3内外还能够被导入第二通道5 内，这样第一通道3和第二通道5内的电解质6是混合均匀的避免了金属电极消耗不规律的现象，有利于提高充放电功率和电池的稳定性。
当然，上述的钙钛矿型金属氧化物可以特制的以提升金属空气电池的电化学性能，如采用化学式为LaxY(1-x)ZO3的钙钛矿型催化剂；式中，0＜x＜1，Y为Sr或Co，Z为Mn或Fe；具体的制备方法通常包括以下步骤：(a)按摩尔比为x∶1-x∶1称取硝酸镧、硝酸Y和硝酸 Z，分别溶于水中，再加入乙二醇形成混合溶液；(b)向所述混合溶液中加入络合剂，用氨水调节其pH值至6～7，进行搅拌络合；随后移至恒温水浴锅中搅拌至形成凝胶，再干燥后研磨成粉体；(c)将所述粉体在250～500℃进行煅烧即可。这样不需要进行500℃以上的高温焙烧，简化了制备工艺和难度，降低了成本。步骤(a)中，所述水和乙二醇的体积比为 1～10∶1。所述络合剂与La、Y和Z离子总量的摩尔比为1∶1～3，并且搅拌络合的时间为 2～3小时，以确保络合剂充分络合。所述钙钛矿型催化剂的化学式优选为：LaxSr(1-x)MnO3， 0.5＜x＜1，此时与其适配的络合剂为柠檬酸，因此将对应粉体在350～500℃进行煅烧5～10 小时即可。所述钙钛矿型催化剂的化学式还优选为：LaxCo(1-x)FeO3，0.5＜x＜1，与其适配的络合剂为1-乙基-3-甲基咪唑卤代盐中的一种，此时将粉体在250～350℃进行煅烧3～5小时即可，极大地降低了粉体煅烧的温度和时间。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种新型金属空气电池系统，它包括壳体、空气扩散电极、金属电极、含有碱性电解质的电解液和电解质加速装置，所述空气扩散电极和所述金属电极容置在所述壳体形成的腔体内，所述空气扩散电极和所述金属电极之间形成用于容纳所述电解液的第一通道；所述第一通道与所述壳体外部通过外部导管连通形成用于容纳所述电解液流动通过的电解液循环回路；所述电解质加速装置连接在所述电解液循环回路中，用于对所述电解液进行加速使其在所述第一通道内流动；所述电解液循环回路包括用于提供所述电解液的储液容器，所述储液容器与所述壳体上设置的第一入口和出口通过所述外部导管连接；其特征在于：它还包括形成在所述金属电极另一侧且通过所述金属电极与所述第一通道相连通的第二通道，所述第二通道与所述壳体外部通过所述外部导管相连通，所述金属电极为泡沫基体。
2.根据权利要求1所述的新型金属空气电池系统，其特征在于：所述储液容器还通过所述外部导管与所述壳体上设置的第二入口相连接。
3.根据权利要求1所述的新型金属空气电池系统，其特征在于：所述电解液加速装置为微泵、活塞泵、柱塞泵、隔膜泵、齿轮泵、叶轮泵或螺杆泵。
4.根据权利要求1所述的新型金属空气电池系统，其特征在于：所述金属电极为泡沫基体，其厚度为0.1～10mm，其孔隙率为70～98％，其材质为Ni、Cu、NiCrFe、ZnCu、NiCu、NiCrW、NiFe或Ti。
5.根据权利要求4所述的新型金属空气电池系统，其特征在于：所述金属电极的表面形成材质为金属氧化层或多孔聚合物膜层的不导电层。
6.根据权利要求1所述的新型金属空气电池系统，其特征在于：所述空气扩散电极包括泡沫基体、沉积在泡沫基体上的贵金属纳米粒子以及粘结在泡沫基体任一表面的催化层。
7.根据权利要求6所述的新型金属空气电池系统，其特征在于：所述贵金属纳米粒子为Pt或Ir，其粒径为5～50nm。
8.根据权利要求6所述的新型金属空气电池系统，其特征在于：所述催化层为的钙钛矿型金属氧化物。
CN201710440375.3A 2017-06-03 2017-06-03 一种金属空气电池系统 Active CN107204499B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710440375.3A CN107204499B (zh) 2017-06-03 2017-06-03 一种金属空气电池系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710440375.3A CN107204499B (zh) 2017-06-03 2017-06-03 一种金属空气电池系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107204499A true CN107204499A (zh) 2017-09-26
CN107204499B CN107204499B (zh) 2019-12-17

Family

ID=59908167

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710440375.3A Active CN107204499B (zh) 2017-06-03 2017-06-03 一种金属空气电池系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107204499B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110144616A (zh) * 2019-06-14 2019-08-20 厦门通富微电子有限公司 一种电镀用阳极机构和电镀装置
CN111740071A (zh) * 2020-07-27 2020-10-02 江西星盈科技有限公司 一种具有电解液促扩散功能的二次电池

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014175117A1 (ja) * 2013-04-25 2014-10-30 シャープ株式会社 金属空気電池
CN104604020A (zh) * 2012-04-06 2015-05-06 普里默斯电力公司 用于金属-卤素液流电池组的流体性架构
CN105762396A (zh) * 2016-03-03 2016-07-13 重庆大学 一种采用泡沫金属电极的平板式热再生氨电池
CN106033828A (zh) * 2015-03-20 2016-10-19 华为技术有限公司 一种金属空气电池系统及其应用
WO2017049414A1 (en) * 2015-09-23 2017-03-30 Zhongwei Chen Horizontal tri-electrode single flow zinc-air battery with a floating cathode

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104604020A (zh) * 2012-04-06 2015-05-06 普里默斯电力公司 用于金属-卤素液流电池组的流体性架构
WO2014175117A1 (ja) * 2013-04-25 2014-10-30 シャープ株式会社 金属空気電池
CN106033828A (zh) * 2015-03-20 2016-10-19 华为技术有限公司 一种金属空气电池系统及其应用
WO2017049414A1 (en) * 2015-09-23 2017-03-30 Zhongwei Chen Horizontal tri-electrode single flow zinc-air battery with a floating cathode
CN105762396A (zh) * 2016-03-03 2016-07-13 重庆大学 一种采用泡沫金属电极的平板式热再生氨电池

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110144616A (zh) * 2019-06-14 2019-08-20 厦门通富微电子有限公司 一种电镀用阳极机构和电镀装置
CN110144616B (zh) * 2019-06-14 2020-11-13 厦门通富微电子有限公司 一种电镀用阳极机构和电镀装置
CN111740071A (zh) * 2020-07-27 2020-10-02 江西星盈科技有限公司 一种具有电解液促扩散功能的二次电池

Also Published As

Publication number Publication date
CN107204499B (zh) 2019-12-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108793268B (zh) 核壳结构梯度镍钴锰三元正极材料前驱体及其制备方法
CN106374099B (zh) 一种锂离子电池用柔性自支撑富锂锰基正极及其制备方法
CN106340638B (zh) 一种双层中空结构的高倍率富锂锰基正极材料及其制备方法
CN104852026B (zh) 全浓度梯度分布的核壳型多元锂离子电池正极材料及其制备方法
CN105375039B (zh) 一种锂空气电池空气电极及其制备方法
CN111697239B (zh) 一种钴铁合金、氮共掺杂炭氧气还原催化剂及其制备方法和应用
CN106158419A (zh) 硫化钴镍/泡沫镍超级电容器电极的制备方法
CN108373175A (zh) 铝掺杂四氧化三钴及其制备方法和应用
CN106033828B (zh) 一种金属空气电池系统及其应用
CN102637890A (zh) 锂金属液流电池系统及其制备方法
CN108767216A (zh) 具有变斜率全浓度梯度的锂离子电池正极材料及其合成方法
CN109837558A (zh) 一种水热电沉积结合的羟基氧化铁-镍铁水滑石析氧电极的制备方法
CN108091871A (zh) 一种多孔球状锂离子电池三元正极材料及其制备方法
CN105304913A (zh) 一种氮/过渡金属共掺杂多级孔碳氧还原催化剂及其制备方法和应用
CN107123792A (zh) 双层复合结构三元正极材料及其制备方法
CN111244470B (zh) 一种纳米复合阴极及其制备和应用
CN105206827A (zh) 一种镍钴铝氢氧化物及其制备方法和锂离子电池正极材料
CN106082360B (zh) 一种花状高容量的锂离子电池负极材料及其制备方法与应用
CN109411718A (zh) 掺杂改性的三元正极材料的制备方法
CN105810986B (zh) 锌铁基离子液体液流电池
CN106252594B (zh) 一种具有纳米级两相共存结构的球形锂离子电池正极材料及其合成方法
CN109837559A (zh) 一种水热辅助的羟基氧化铁-镍铁水滑石一体化电极的制备方法
CN105958084A (zh) 一种金属空气电池阴极材料及其一步合成的方法
CN103872370A (zh) 液流电池
CN104332624A (zh) 一种镍钴锰酸锂材料前驱体的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20230906

Address after: First floor, No. 2300 Yangshupu Road, Yangpu District, Shanghai, 200000 (centralized registration location)

Patentee after: Hydrogen New (Shanghai) New Energy Technology Co.,Ltd.

Address before: 200090 B05-18 room 4B, No. 2300, Yang Shu Pu Road, Shanghai

Patentee before: SHANGHAI BOXUAN ENERGY TECHNOLOGY CO.,LTD.