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Abstract

本发明公开了一种双活性材料电池阳极室，包括位于最外侧的隔膜Ⅰ，隔膜Ⅰ内侧设置集流体，集流体内侧的区域内充满电解液，电解液中设置有金属储能材料，集流体和金属储能材料通过导体连接，在靠近集流体的电解液中设置有氧化还原电对，金属储能材料设置在隔膜Ⅱ内侧区域内的电解液中。本发明提供了一种双活性材料电池阳极室，这种阳极室结构利用了铝镁金属材料高储能密度和液相还原剂和锌阳极高功率密度这二者的优点，组成复合型阳极室，这种阳极室可与空气阴极组成金属空气电池，提高金属空气电池的功率密度；可以与液流电池阴极组成金属半液流电池，提高液流电池的能量密度。

Description

一种双活性材料电池阳极室
技术领域
本发明属于电池技术领域，具体涉及一种双活性材料电池阳极室。
背景技术
现有的液流电池功率密度较高而比能量低，现有的金属空气电池比能量高但比功率低，金属空气电池比功率低的原因除了空气阴极极化外，另一个重要原因是由于需要更换金属极板必须在阴阳极中间设置较大的间隙，造成内阻较高，导致比功率降低。
发明内容
针对现有技术中存在的不足之处，本发明提供一种双活性材料电池阳极室。
本发明的目的是以下述方式实现的：
一种双活性材料电池阳极室，包括位于最外侧的第一隔膜，第一隔膜内侧设置集流体，集流体内侧的区域内充满电解液，电解液中设置有金属储能材料，集流体和金属储能材料通过导体连接，在靠近集流体的电解液中设置有氧化还原电对，若氧化还原电对的氧化态与还原态皆不溶于电解液，则集流体和金属储能材料之间不设置第二隔膜；若氧化还原电对的氧化态溶于电解液、还原态不溶于电解液，或者氧化态不溶于电解液、还原态溶于电解液，或者氧化态和还原态均溶于电解液时，则集流体和金属储能材料之间还设置第二隔膜，氧化还原电对设置在集流体和第二隔膜之间的区域内的电解液中，金属储能材料设置在第二隔膜内侧区域内的电解液中。
所述氧化还原电对的氧化还原电位在-0.4～-1.5之间。
所述集流体表面设置有能促进氧化还原电对发生电化学反应的催化剂。
所述电解液中添加有添加剂。
所述添加剂为酒石酸钾钠和氨三乙酸的组合物。
所述添加剂的添加量为每升电解液添加1～5g添加剂。
所述第二隔膜为高吸水性高分子聚合物隔离层。
所述氧化还原电对的氧化态溶于电解液、还原态不溶于电解液，或者氧化态不溶于电解液、还原态溶于电解液，或者氧化态和还原态均溶于电解液时，氧化还原电对在电解液中的含量为0.3mol/L至饱和。
所述金属储能材料为金属铝或金属镁。
所述集流体为多孔状或纤维状集流体，由铜、锌、石墨毡或石墨烯制成。
相对于现有技术，本发明提供了一种双活性材料电池阳极室，这种阳极室结构利用了铝镁金属材料高储能密度和液相还原剂和锌阳极高功率密度这二者的优点，组成复合型阳极室，这种阳极室可与空气阴极组成金属空气电池，提高金属空气电池的功率密度；可以与液流电池阴极组成金属半液流电池，提高液流电池的能量密度。
附图说明
图1是本发明的主视图的剖面图。
图2是本发明的左视图。
其中，1-第一隔膜；2-集流体；3-氧化还原电对；4-第二隔膜；5-电解液；6-金属储能材料；7-导体。
具体实施方式
如图1-2所示，一种双活性材料电池阳极室，包括位于最外侧的第一隔膜1，第一隔膜1内侧设置集流体2，集流体2内侧的区域内充满电解液5，电解液5中设置有金属储能材料6，集流体2和金属储能材料6通过导体7连接，在靠近集流体2的电解液5中设置有氧化还原电对3，若氧化还原电对3的氧化态与还原态皆不溶于电解液，则集流体2和金属储能材料6之间不设置第二隔膜4；若氧化还原电对3的氧化态溶于电解液、还原态不溶于电解液，或者氧化态不溶于电解液、还原态溶于电解液，或者氧化态和还原态均溶于电解液时，则集流体2和金属储能材料6之间还设置第二隔膜4，氧化还原电对3设置在集流体2和第二隔膜4之间的区域内的电解液5中，金属储能材料6设置在第二隔膜4内侧区域内的电解液5中。
第一隔膜1电池隔膜是指在电池正极和负极之间一层隔膜材料，是电池中非常关键的部分，对电池安全性和成本有直接影响，其主要作用是：隔离正、负极并使电池内的电子不能自由穿过，让电解液中的离子在正负极之间自由通过。电池隔膜的的离子传导能力直接关系到电池的整体性能；集流体2的作用是将电池活性物质产生的电流汇集起来以便形成较大的电流对外输出，因此集流体为多孔状或纤维状，具有很大的比表面积，可以与活性物质充分接触，并且内阻应尽可能小为佳；当氧化还原电对3的氧化态溶于电解液、还原态不溶于电解液，或者氧化态不溶于电解液、还原态溶于电解液，或者氧化态和还原态均溶于电解液时，为了使氧化还原电对3靠近集流体2，在集流体2和金属储能材料6之间设置有第二隔膜4，氧化还原电对3设置在集流体2和第二隔膜4之间的区域内的电解液5中，金属储能材料6设置在第二隔膜4内侧区域内的电解液5中。
氧化还原电对3为碱金属硫化物-多硫化物、锌酸钠-锌、氢氧化锌-锌、次亚磷酸钠-磷酸钠、锡-锡酸钠等。
氧化还原电对3的还原电位在-0.4～-1.5之间。
集流体2表面设置有能促进氧化还原电对3发生电化学反应的催化剂。
电解液5中添加有添加剂。
添加剂为酒石酸钾钠和氨三乙酸的组合物。
添加剂的添加量为每升电解液添加1～5g添加剂，添加剂可以降低电解液对有害杂质的敏感性。
第二隔膜4为高吸水性高分子聚合物隔离层，例如海藻酸钠隔膜、再生纤维素隔膜、聚酰亚胺隔膜等，第二隔膜4将电解液5分隔为内侧电解液和外侧电解液两部分，这样便于更换靠近金属储能材料6一侧的含有放电废物的电解液5。
第二隔膜4要满足以下要求：1. 电解液离子可以通过；2. 电子不可以通过；3. 防止第二隔膜4两侧的电解液5发生机械混合。
氧化还原电对3的氧化态溶于电解液、还原态不溶于电解液，或者氧化态不溶于电解液、还原态溶于电解液，或者氧化态和还原态均溶于电解液时，氧化还原电对3在电解液5中的含量为0.3mol/L至饱和。
金属储能材料6为金属铝或金属镁。
集流体2为多孔状或纤维状集流体，由铜、锌、石墨毡或石墨烯制成，集流体2有远大于金属储能材料6的表面积。
若电解液5为碱性电解液，金属储能材料6为铝时，氧化还原电对3可以为碱金属硫化物-多硫化物（液态-液态），集流体2可以由亲硫金属或多孔碳材料制成，也可以在集流体2表面覆盖一层亲硫金属，亲硫金属为铜、银或金。
若电解液5为酸性电解液，金属储能材料6为铝时，氧化还原电对3可以为锌酸钠-锌（液态-固态），电解液5中锌钠离子数比值为1:6到1:15，阳极室内集流体2、电解液5和金属储能材料铝构成回路，在集流体2上沉积出锌；电解液5中可以加入1～5g/升电解液酒石酸钾钠和氨三乙酸的混合物，集流体2表面的锌和导体7连接的金属储能材料6作为复合阳极与阴极可组成低内阻电池。
若电解液5为pH为5～9的电解液，金属储能材料6为镁时，氧化还原电对3可以为氢氧化锌-锌（液态-固态），此时，集流体2表面不需要附着催化剂，集流体2由惰性金属制成，电解液5中可以加入1～5g/升电解液酒石酸钾钠和氨三乙酸的混合物，降低电解液对有害杂质的敏感性。
若电解液5为中性电解液，金属储能材料6为镁时，氧化还原电对3可以为次亚磷酸盐（液态-液态），此时，集流体2表面不需要附着催化剂，集流体2由惰性金属制成，电解液5中不需要加入添加剂。
电解液5在电池长时不工作时可以存储在电解液储存室，使电池可以长期储备而不发生自放电。
在电池不工作时，高能金属储能材料6可将氧化还原电对中的氧化态还原成还原态，为氧化还原电对3充电，同时可以抑制高能金属储能材料6本身的析氢反应；当电池工作时，金属储能材料6、电解液5和氧化还原电对3产生电化学反应，通过集流体2向外电路输出电子。
高能量密度的金属储能材料6与集流体2通过导体7连接，集流体2与液流电池的隔膜1紧密接触，催化剂附着在集流体2表面，阳极室内充填有电解液5，电解液中有具有良好充放电可逆性的氧化还原电对3，如碱金属硫化物-多硫化物，锌-锌酸盐等，此氧化还原电对3处于还原态时有较负的电位，有较好的充放电可逆性。外电路断开或小电流工作时阳极室内由金属储能材料6、集流体2、电解液5和氧化还原电对3构成回路，产生电化学反应，储能材料发生电氧化反应，氧化还原电对3进行电还原反应由氧化态转变为还原态，由此阳极组成的电池工作时，阳极室内的集流体2与高能金属材料6共同向外电路输出电流，此阳极室可与空气阴极组成金属空气电池，也可与液流型阴极组成半液流电池，由于集流体2紧靠阴极设置，可以得到很低的内阻，使电池可以有较高的电流密度；同时可得到另一个益处：由于阳极室内氧化还原电对3的电还原反应与高能金属储能材料6的析氢腐蚀反应为竞争性反应，集流体2具有很大的表面积，在金属储能材料6与集流体2通过导体7导通状态下，金属储能材料在本电化学体系中的电位被拉高，脱离了析氢腐蚀相区，可抑制金属储能材料6在电解液5中的析氢腐蚀反应，从而提高金属储能材料的能量效率，消除了铝空气电池析氢严重和放电滞后的缺点，使用本发明的结构，以铝或镁作为阳极金属储能材料的阳极室组成的电池，100毫安/平方厘米的电流密度下，持续放电电压可达2伏，比能量超过4000瓦时/千克（阳极材料）。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种双活性材料电池阳极室，其特征在于：包括位于最外侧的第一隔膜（1），第一隔膜（1）内侧设置集流体（2），集流体（2）内侧的区域内充满电解液（5），电解液（5）中设置有金属储能材料（6），集流体（2）和金属储能材料（6）通过导体（7）连接，在靠近集流体（2）的电解液（5）中设置有氧化还原电对（3）；集流体（2）和金属储能材料（6）之间还设置第二隔膜（4），氧化还原电对（3）设置在集流体（2）和第二隔膜（4）之间的区域内的电解液（5）中，金属储能材料（6）设置在第二隔膜（4）内侧区域内的电解液（5）中；所述金属储能材料（6）为金属铝，氧化还原电对（3）为锌酸钠溶液-固态锌，电解液（5）中锌钠离子数比值为1:6到1:15，氧化还原电对（3）在电解液（5）中的含量为0.3mol/L至饱和；所述集流体（2）为多孔状或纤维状集流体，由铜、锌、石墨毡或石墨烯制成；第二隔膜（4）为海藻酸钠隔膜或再生纤维素隔膜。
2.根据权利要求1所述的双活性材料电池阳极室，其特征在于：所述集流体（2）表面设置有能促进氧化还原电对（3）发生电化学反应的催化剂。
3.根据权利要求1所述的双活性材料电池阳极室，其特征在于：所述电解液（5）中添加有添加剂。
4.根据权利要求3所述的双活性材料电池阳极室，其特征在于：所述添加剂为酒石酸钾钠和氨三乙酸的组合物。
5.根据权利要求4所述的双活性材料电池阳极室，其特征在于：所述添加剂的添加量为每升电解液添加1～5g添加剂。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110429311B (zh) * 2019-07-16 2020-12-08 华中科技大学 一种大幅提高mc-dcfc功率密度的阳极室、方法及电池

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104781981A (zh) * 2013-08-26 2015-07-15 锌能公司 用金属储存电能的电化学系统
CN204741057U (zh) * 2015-05-14 2015-11-04 云南冶金科技（美国）有限公司 一种压气式受控金属空气电池

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2735556Y (zh) * 2004-05-10 2005-10-19 李璐 扁平式金属空气电池
CN200941417Y (zh) * 2006-08-24 2007-08-29 比亚迪股份有限公司 一种锌空气电池
US8012633B2 (en) * 2006-10-13 2011-09-06 Ceramatec, Inc. Advanced metal-air battery having a ceramic membrane electrolyte
US20130337348A1 (en) * 2010-11-05 2013-12-19 Jian-ping (Jim) Zheng Alkali metal-air flow batteries
CN203242722U (zh) * 2013-04-12 2013-10-16 安徽德擎电池科技有限公司 一种带有微孔膜的锌空气电池

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104781981A (zh) * 2013-08-26 2015-07-15 锌能公司 用金属储存电能的电化学系统
CN204741057U (zh) * 2015-05-14 2015-11-04 云南冶金科技（美国）有限公司 一种压气式受控金属空气电池

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