CN110137632B - 一种双极式金属铝燃料电池组的制作方法 - Google Patents

一种双极式金属铝燃料电池组的制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双极式金属铝燃料电池组的制作方法，包括：在第一铝负极一面依次附着隔水导电层和第一空气正极催化层，得到双面电极模块，对其四周进行憎水处理；将第二空气正极催化层贴合在第一集流体一侧，辊压，得到正极引出块；在第二铝负极一侧附着第二集流体，得到负极引出块；在第二空气正极催化层上依次交替叠加吸水层和经憎水处理的双面电极模块，使第一空气正极催化层均朝上设置，在吸水层内分散有水溶性电解质粉末，最上方的吸水层上设置负极引出块，第一集流体和第二集流体通过接线端引出作为正极和负极，然后封装，在封装层上开设可打开的注水口。该方法制造成本低，生产过程安全环保，所得产品尺寸小，重量轻，使用方便。

Description

一种双极式金属铝燃料电池组的制作方法
技术领域
本发明涉及金属燃料电池技术领域，具体涉及一种双极式金属铝燃料电池组的制作方法。
背景技术
金属铝燃料电池以铝为燃料，通过与空气中的氧发生作用将化学能转化为电能，具有能量密度高、资源丰富廉价、环境友好等优点，可用作便携式电源，不会对环境造成污染。
但是现有的铝燃料电池大多采用液态电解液，并通过布线的方式将多个电池单元进行串并联形成电池组，这种方式工艺复杂，生产成本高，产品尺寸和重量大，使用不便，而且液态电解液在生产和储运过程中容易引发安全事故或造成环境污染，限制了铝燃料电池的应用，特别是在便携式电源方面的应用。
发明内容
针对现有技术的上述不足，本发明的目的是提供一种双极式金属铝燃料电池组的制作方法，该方法工艺简单，生产效率高，所得产品体积小、重量轻、便于储运和携带。该方法的一种实施方式为：
一种双极式金属铝燃料电池组的制作方法,包括：
去除第一铝负极表面的氧化膜，在第一铝负极一侧依次附着隔水导电层和第一空气正极催化层，得到双面电极模块，重复上述操作，制备若干双面电极模块，并对每一双面电极模块的四周进行憎水处理；
将第二空气正极催化层贴合在第一集流体一侧，辊压，得到正极引出块；去除第二铝负极表面的氧化膜，在第二铝负极一侧附着第二集流体，得到负极引出块；
将所述正极引出块的第二空气正极催化层朝上放置，在所述第二空气正极催化层上依次交替叠加吸水层和经憎水处理的双面电极模块，使最上方为吸水层且所有的所述双面电极模块的第一空气正极催化层均朝上设置，所述第一空气正极催化层和第二空气正极催化层均覆盖所述吸水层，所述吸水层内分散有水溶性电解质粉末；
在最上方的吸水层上设置负极引出块，使其中的第二铝负极与该吸水层相贴，将所述第一集流体和第二集流体引出至接线端作为正极和负极，形成电池组主体；
对所述电池组主体进行封装，使接线端露出，并在封装层上开设可打开的注水口，用于向各个所述吸水层注水。
优选的，所述吸水层采用玻璃纤维棉、吸水棉、海绵或无纺布制成。
优选的，所述憎水处理为：在所述双面电极模块的四周涂覆憎水层，或压贴憎水性的塑料进行封边。
优选的，所述憎水处理为：在所述双面电极模块的四周涂覆PTFE涂层或PVDF涂层。
优选的，所述隔水导电层为附着在所述第一铝负极表面的导电金属镀层，或者采用憎水性的导电塑料经热压工艺形成。
优选的，所述第一集流体为泡沫镍、镍网、银网、铜网、镀镍铜网或镀银铜网。
优选的，所述第二集流体为铜箔、镀锡铜箔、镀锌铜箔或锌片。
优选的，封装工艺为:采用热收缩膜对电池组主体进行包裹，使接线端露出，然后进行加热和封口处理。
优选的，所述注水口位于封装层上远离所述接线端的一侧。
优选的，还配备有可量测加水量的量具。
优选的，还包括：在封装后的所述电池组主体外罩设一保护盒，所述保护盒上与所述注水口相对应的一端设置一可打开的盖体，所述保护盒上设有与所述接线端连通的插口。
本发明一种实施方式的有益效果：
将多个双面电极模块串联，无需复杂的布线设计，且未使用液态电解液，生产方便，制造成本低，生产过程安全环保，所制得的产品尺寸小，重量轻，便于储运和携带，使用时打开注水口加水即可发电，非常便捷，特别适合用作便携式电源，具有很好的实用价值。
附图说明
图1是具体实施例制备得到的双极式金属铝燃料电池组的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。
图1是本实施例制备得到的双极式金属铝燃料电池组的结构示意图，其制备方法包括：
取铝板若干，去除氧化膜，本发明对氧化膜的去除工艺没有特别限定，可以用碱液或酸液浸蚀；
取去除氧化膜后的铝板适量，作为第一铝负极201，在其一面电镀铜，作为隔水导电层202，镀层洗净后，在镀层上覆催化膜，辊压，形成第一空气正极催化层203，由此制得双面电极模块；其中，所述催化膜可以由催化剂、导电炭黑、粘结剂和水等物质调制形成的膏体经反复辊压制得，此外，还可以将膏体涂覆在该镀层上，直接辊压成型。除镀层以外，所述隔水导电层202也可以由憎水性的导电塑料经热压工艺形成。
重复上一步操作，制备若干双面电极模块，并在每一双面电极模块的四周涂覆PTFE涂层或PVDF涂层作为憎水层，或者压贴憎水性的塑料进行封边；
参照第一空气正极催化层203的制备方法，在第一集流体301一侧设置第二空气正极催化层302，得到正极引出块。取去除氧化膜后的铝板适量，作为第二铝负极402，在其一侧附着第二集流体401，得到负极引出块。所述第一集流体301和第二集流体401均预留侧边用于焊接极耳。所述第一集流体301可以为泡沫镍、镍网、银网、铜网、镀镍铜网或镀银铜网等，所述第二集流体401为铜箔、镀锡铜箔、镀锌铜箔或锌片等。所述第一铝负极201和第二铝负极402可以采用铝合金制作。
将所述正极引出块的第二空气正极催化层302朝上放置，在所述第二空气正极催化层302上依次交替叠加吸水层500和经憎水处理的双面电极模块，使最上方为吸水层500且所有的所述双面电极模块的第一空气正极催化层203均朝上设置，所述第一空气正极催化层203和第二空气正极催化层302均覆盖所述吸水层500，所述吸水层500内分散有水溶性电解质粉末，包括但不限于氯化钠或氯化钾等。所述吸水层500可以采用玻璃纤维棉、吸水棉、海绵或无纺布制成，更优选为玻璃纤维棉。
在最上方的吸水层500上放置所制得的负极引出块，使其中的第二铝负极与该吸水层相贴，分别在所述第一集流体301和第二集流体401的一端焊接极耳，并引出至接线端600作为正极和负极，形成电池组主体，然后进行封装。封装工艺为:采用热收缩膜对电池组主体进行包裹，使接线端600露出，然后进行加热和封口处理，形成封装层100。
在封装层100上开设可打开的注水口，用于向各个所述吸水层500注水，由此制得图1所示的双极式金属铝燃料电池组。在实际使用中，加水量宜小于吸水层500的饱和吸水量，以预留一定的空气通道，提高电池的放电性能，同时避免电解液溢出而发生串液。为避免加液过多，还可以配备可量测加水量的量具，该量具可以是滴管或者量杯。优选的方式是使注水口位于封装层100上远离所述接线端600的一侧，如图1的电池组，两个接线端600均位于封装层100上端，则将注水口设置在封装层100下端，这种方式可避免加水时沾湿接线端600，在需要快速加水时，还可以将注水口一端直接插入至装有适量水的量具内，使吸水层自动吸水。
此外，还可以在该电池组外罩设一保护盒，并在该保护盒上与所述注水口相对应的一端设置一可打开的盖体，使用时先打开所述盖体，撕下注水口处的热收缩膜或即可加水。优选的，所述盖体同时作为量具使用。所述保护盒上设有与所述接线端600连通的插口，便于与外部设备连接。
对于小容量电池，第一和第二空气正极催化层厚度可以为0.15～0.20mm，吸水层500厚1.5～2mm，采用图1所示结构串联4个双面电极模块(共5个电池单元)，电极有效截面积为10cm2，水溶性电解质粉末为氯化钾，对装配好的电池进行恒流放电实验，电流密度为100mA/cm2，放电平台电压为5V左右。
该方法将多个双面电极模块串联，无需复杂的布线设计，且未使用液态电解液，生产方便，制造成本低，制得的电池组的尺寸小、重量轻，便于储运和携带，使用时打开注水口加水即可发电，特别适合用作便携式电源，具有很好的实用价值。
以上实施例是对本发明的解释，但是，本发明并不局限于上述实施方式中的具体细节，本领域的技术人员在本发明的技术构思范围内进行的多种等同替代或简单变型方式，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种双极式金属铝燃料电池组的制作方法，其特征在于，包括：
去除第一铝负极表面的氧化膜，在第一铝负极一侧依次附着隔水导电层和第一空气正极催化层，得到双面电极模块，重复上述操作，制备若干双面电极模块，并对每一双面电极模块的四周进行憎水处理；
将第二空气正极催化层贴合在第一集流体一侧，辊压，得到正极引出块；去除第二铝负极表面的氧化膜，在第二铝负极一侧附着第二集流体，得到负极引出块；
将所述正极引出块的第二空气正极催化层朝上放置，在所述第二空气正极催化层上依次交替叠加吸水层和经憎水处理的双面电极模块，使最上方为吸水层且所有的所述双面电极模块的第一空气正极催化层均朝上设置，所述第一空气正极催化层和第二空气正极催化层均覆盖所述吸水层，所述吸水层内分散有水溶性电解质粉末；
在最上方的吸水层上设置负极引出块，使其中的第二铝负极与该吸水层相贴；将所述第一集流体和第二集流体引出至接线端作为正极和负极，形成电池组主体；
对所述电池组主体进行封装，使接线端露出，并在封装层上开设可打开的注水口，用于向各个所述吸水层注水；
所述吸水层采用玻璃纤维棉、吸水棉、海绵或无纺布制成；
所述隔水导电层为附着在所述第一铝负极表面的导电金属镀层，或者采用憎水性的导电塑料经热压工艺形成，所述第一空气正极催化层为将催化膜覆在所述隔水导电层上，经辊压成型制得。
2.根据权利要求1所述的双极式金属铝燃料电池组的制作方法，其特征在于，所述憎水处理为：在所述双面电极模块的四周涂覆憎水层，或压贴憎水性的塑料进行封边。
3.根据权利要求2所述的双极式金属铝燃料电池组的制作方法，其特征在于，所述憎水处理为：在所述双面电极模块的四周涂覆PTFE涂层或PVDF涂层。
4.根据权利要求1所述的双极式金属铝燃料电池组的制作方法，其特征在于，所述第一集流体为泡沫镍、镍网、银网、铜网、镀镍铜网或镀银铜网。
5.根据权利要求1所述的双极式金属铝燃料电池组的制作方法，其特征在于，所述第二集流体为铜箔、镀锡铜箔、镀锌铜箔或锌片。
6.根据权利要求1所述的双极式金属铝燃料电池组的制作方法，其特征在于，封装工艺为：采用热收缩膜对电池组主体进行包裹，使接线端露出，然后进行加热和封口处理。
7.根据权利要求1所述的双极式金属铝燃料电池组的制作方法，其特征在于，所述注水口位于封装层上远离所述接线端的一侧。
8.根据权利要求1所述的双极式金属铝燃料电池组的制作方法，其特征在于，还配备有可量测加水量的量具。
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