CN107317060A - 一种金属‑空气电池的充电方法及采用该充电方法的电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种金属‑空气电池的充电方法及采用该充电方法的电池，该充电方法是在充电过程中，以有机物的氧化反应为金属‑空气电池充电。采用该充电方法的金属‑空气电池包括金属电极、电解池和空气电极；所述电解池内采用全氟磺酸隔膜分隔成阴阳两个极室，并且阴极室和阳极室内均加入电解液；所述金属电极设于阳极室内，所述空气电极设于阴极室内，而阴极室的电解液中还加入了小分子有机物，使该金属‑空气电池在充电过程中发生有机物的氧化反应，以为金属‑空气电池充电。本发明能够有效降低金属‑空气电池的充电电压，从而达到了节约能源的目的。

Description

一种金属-空气电池的充电方法及采用该充电方法的电池
技术领域
本发明涉及金属-空气电池领域，尤其涉及一种金属-空气电池的充电方法及采用该充电方法的电池。
背景技术
随着化石能源的短缺以及环境问题的日益突出，开发绿色新能源迫在眉睫。金属-空气电池具有成本低、安全、环保、能量密度高等优点，因此受到了人们的广泛关注。
目前，现有金属-空气电池的主要结构包括金属电极、电解池、电解液和空气电极，而空气电极需要采用对电催化分解水析氧反应和电催化氧还原反应均有功效的双功能催化剂才能满足制备可充电金属-空气电池的基本要求；但这种金属-空气电池在充电过程中电催化分解水析氧反应是决定充电电压大小的关键因素，通常很难有效降低充电电压，这就造成了能源的浪费。
发明内容
为了解决现有金属-空气电池很难有效降低充电电压的技术问题，本发明提供了一种金属-空气电池的充电方法及采用该充电方法的电池，能够明显降低金属-空气电池的充电电压，从而达到了节约能源的目的。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种金属-空气电池的充电方法，在充电过程中，以有机物的氧化反应为金属-空气电池充电。
优选地，向金属-空气电池的电解液中加入小分子有机物，使金属-空气电池在充电过程中发生有机物的氧化反应，以为金属-空气电池充电。
优选地，所述的小分子有机物为醇类有机物、醛类有机物、尿素、联氨中的至少一种。
优选地，电解液中加入的小分子有机物的浓度为5mmol/L～10mol/L。
优选地，所述金属-空气电池为锌-空气电池、镁-空气电池、铝-空气电池中的一种。
一种金属-空气电池，包括金属电极、电解池和空气电极，所述电解池内采用全氟磺酸隔膜分隔成阴阳两个极室，并且阴极室和阳极室内均加入电解液；所述金属电极设于阳极室内，所述空气电极设于阴极室内，而阴极室的电解液中还加入了小分子有机物，使该金属-空气电池在充电过程中发生有机物的氧化反应，以为金属-空气电池充电。
优选地，所述的小分子有机物为醇类有机物、醛类有机物、尿素、联氨中的至少一种。
优选地，电解液中加入的小分子有机物的浓度为5mmol/L～10mol/L。
优选地，所述金属-空气电池为锌-空气电池、镁-空气电池、铝-空气电池中的一种。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明提供的金属-空气电池的充电方法通过向电解液中加入的小分子有机物，使有机物的氧化反应取代了电催化分解水析氧反应为金属-空气电池充电，由于有机物的氧化反应电位低于电催化分解水析氧反应的电位，因此本发明提供的金属-空气电池的充电方法能够有效降低金属-空气电池的充电电压，从而达到了节约能源的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明实施例1所提供的锌-空气电池与阴极室内未加入苯甲醇的锌-空气电池进行电化学性能对比测试，从而得到的电化学性能对比示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
下面对本发明所提供的金属-空气电池的充电方法及电池进行详细描述。
(一)一种金属-空气电池的充电方法
一种金属-空气电池的充电方法，在充电过程中，以有机物的氧化反应为金属-空气电池充电，降低金属-空气电池的充电电压。
其中，金属-空气电池的电解液中加入的小分子有机物的浓度为5mmol/L～10mol/L，这可以更加有效地降低金属-空气电池的充电电压。所述的小分子有机物为醇类有机物、醛类有机物、尿素、联氨中的至少一种，所述醇类有机物为乙醇、糠醇、苯甲醇等，所述醛类有机物为肉桂醛、糠醛等。
具体地，所述的金属-空气电池为锌-空气电池、镁-空气电池、铝-空气电池中的一种。可以向金属-空气电池的电解液中加入小分子有机物(所述小分子有机物是指分子量小于500的有机物)，使金属-空气电池在充电过程中发生有机物的氧化反应，以为金属-空气电池充电。
进一步地，本发明提供的金属-空气电池的充电方法在充电过程中，可以以有机物的氧化反应取代电催化分解水析氧反应为金属-空气电池充电，来降低金属-空气电池的充电电压，也可以以有机物的氧化反应和电催化分解水析氧反应同时为金属-空气电池充电，来降低金属-空气电池的充电电压。由于有机物的氧化反应电位低于电催化分解水析氧反应的电位，因此无论是以有机物的氧化反应取代电催化分解水析氧反应为金属-空气电池充电，还是以有机物的氧化反应和电催化分解水析氧反应同时为金属-空气电池充电，都能够有效降低金属-空气电池的充电电压，达到了节约能源的目的。
(二)一种采用上述充电方法的金属-空气电池
一种金属-空气电池，包括金属电极、电解池和空气电极，所述电解池内采用全氟磺酸隔膜(即Nafion膜)分隔成阴阳两个极室，并且阴极室和阳极室内均加入电解液；所述金属电极设于阳极室内，所述空气电极设于阴极室内，而阴极室的电解液中还加入了小分子有机物(所述小分子有机物是指分子量小于500的有机物)，使该金属-空气电池在充电过程中发生有机物的氧化反应，以为金属-空气电池充电，来降低金属-空气电池的充电电压。
其中，金属-空气电池的电解液中加入的小分子有机物的浓度为5mmol/L～10mol/L，这可以更加有效地降低金属-空气电池的充电电压。所述的小分子有机物为醇类有机物、醛类有机物、尿素、联氨中的至少一种，所述醇类有机物为乙醇、糠醇、苯甲醇等，所述醛类有机物为肉桂醛、糠醛等。
具体地，所述的金属-空气电池为锌-空气电池、镁-空气电池、铝-空气电池中的一种。所述的电解液采用现有技术中对应金属-空气电池的电解液，例如：当该金属-空气电池为锌-空气电池时，电解池的阴极室内和阳极室内所加入的电解液均可以为氢氧化钾溶液、氢氧化钠溶液中的至少一种；当该金属-空气电池为镁-空气电池时，电解池的阴极室内和阳极室内所加入的电解液可以为氯化钠、氯化钾溶液中的至少一种；当该金属-空气电池为铝-空气电池时，电解池的阴极室内和阳极室内所加入的电解液可以为氢氧化钾溶液、氢氧化钠溶液中的至少一种。
进一步地，本发明提供的金属-空气电池在电解池阴极室的电解液中加入了小分子有机物，这使得该金属-空气电池在充电过程中会同时发生电催化分解水析氧反应和有机物的氧化反应，由于有机物的氧化反应电位低于电催化分解水析氧反应的电位，因此这能够有效降低该金属-空气电池的充电电压，达到了节约能源的目的。
综上可见，本发明不仅操作简单、原料易得、便于开展工业化生产，而且能够有效降低金属-空气电池的充电电压，从而达到了节约能源的目的，具有潜在的应用前景。
为了更加清晰地展现出本发明所提供的技术方案及所产生的技术效果，下面以具体实施例对本发明实施例所提供的金属-空气电池的充电方法及采用该充电方法的电池进行详细描述。
实施例1
一种锌-空气电池，其具体结构包括锌电极、电解池和空气电极；所述电解池内采用Nafion膜分隔成阴阳两个极室，并且阴极室和阳极室内均加入浓度为1.0mol/L的KOH作为电解液，同时阴极室的电解液中还加入浓度为0.1mol/L的苯甲醇；所述锌电极设于阳极室内；所述空气电极设于阴极室内，并且该空气电极是将活性炭负载钴镍合金材料涂覆在1×2cm2碳纸上制成。
具体地，所述活性炭负载钴镍合金材料可采用以下方法制备而成：将272mg硫酸镍和819mg氯化钴均溶于1mL蒸馏水中，制得澄清混合液；向所述澄清混合液中加入1g活性炭粉体，超声震荡，待吸附饱和后形成浆料，然后将所述浆料置于氮气保护下的96℃环境中保持8小时，再在1000℃环境中保持2小时，冷却后即制得活性炭负载钴镍合金材料。
进一步地，将本发明实施例1所提供的锌-空气电池与阴极室内未加入苯甲醇的锌-空气电池进行电化学性能对比测试，从而得到如图1所示的电化学性能对比示意图。在图1中，“M”表示mol/L，而“mM”表示mmol/L。图1a为本发明实施例1所提供的锌-空气电池与阴极室内未加入苯甲醇的锌-空气电池的开路电压对比示意图，由图1a可以看出：这两种电池的开路电压几乎没有变化，这说明是否加入苯甲醇对电池放电产生的影响十分有限。图1b为与阴极室内未加入苯甲醇的锌-空气电池相比，本发明实施例1所提供的锌-空气电池的充电电压下降幅度随充电电流密度变化示意图，由图1b可以看出：在电流密度为70mA/cm2时，本发明实施例1所提供的锌-空气电池的充电电压下降幅度最大，达到226mV。图1c为本发明实施例1所提供的锌-空气电池与阴极室内未加入苯甲醇的锌-空气电池在电流密度为50mA/cm2的恒电流充电下的充电电压对比示意图，由图1c可以看出：在电流密度为50mA/cm2的恒电流充电下，本发明实施例1所提供的锌-空气电池比阴极室内未加入苯甲醇的锌-空气电池的充电电压降低约200mV。图1d为本发明实施例1所提供的锌-空气电池与阴极室内未加入苯甲醇的锌-空气电池的充放电电压稳定性对比示意图，由图1d可以看出：本发明实施例1所提供的锌-空气电池具有很好的充放电稳定性，而且充电电压比阴极室内未加入苯甲醇的锌-空气电池降低约200mV。
综上可见，本发明实施例能够有效降低金属-空气电池的充电电压，从而达到了节约能源的目的。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种金属-空气电池的充电方法，其特征在于，在充电过程中，以有机物的氧化反应为金属-空气电池充电。
2.根据权利要求1所述的金属-空气电池的充电方法，其特征在于，向金属-空气电池的电解液中加入小分子有机物，使金属-空气电池在充电过程中发生有机物的氧化反应，以为金属-空气电池充电。
3.根据权利要求2所述的金属-空气电池的充电方法，其特征在于，所述的小分子有机物为醇类有机物、醛类有机物、尿素、联氨中的至少一种。
4.根据权利要求2所述的金属-空气电池的充电方法，其特征在于，电解液中加入的小分子有机物的浓度为5mmol/L～10mol/L。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的金属-空气电池的充电方法，其特征在于，所述的金属-空气电池为锌-空气电池、镁-空气电池、铝-空气电池中的一种。
6.一种金属-空气电池，包括金属电极、电解池和空气电极，其特征在于，所述电解池内采用全氟磺酸隔膜分隔成阴阳两个极室，并且阴极室和阳极室内均加入电解液；
所述金属电极设于阳极室内，所述空气电极设于阴极室内，而阴极室的电解液中还加入了小分子有机物，使该金属-空气电池在充电过程中发生有机物的氧化反应，以为金属-空气电池充电。
7.根据权利要求6所述的金属-空气电池，其特征在于，所述的小分子有机物为醇类有机物、醛类有机物、尿素、联氨中的至少一种。
8.根据权利要求6所述的金属-空气电池，其特征在于，电解液中加入的小分子有机物的浓度为5mmol/L～10mol/L。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的金属-空气电池，其特征在于，所述的金属-空气电池为锌-空气电池、镁-空气电池、铝-空气电池中的一种。
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