CN111987301A - 一种高效耐久环保电池 - Google Patents

Abstract

本发明涉及及新型环保清洁能源领域，更具体而言，涉及一种高效耐久环保电池，负极材料采用铝，正极材料采用铜，电解质采用水；负极材料与正极材料相对而立，负极材料与正极材料之间设置有隔膜与活性炭板。电池制作成本低、蓄能大、耐用、绿色环保、规格多样，制备工艺简单、制造成本低，可产生巨大的经济和社会效益。

Description

一种高效耐久环保电池

技术领域

本发明涉及及新型环保清洁能源领域，更具体而言，涉及一种高效耐久环保电池。

背景技术

随着日常生活中对电池的普及应用，一些电池的污染、安全、回收等问题日渐突出，如铅酸电池、锂电池的潜在泄露污染、自燃爆炸等问题，造成的应用危害很大，而且对环境也存在污染。此外，目前市场上应用最广的锂离子电池，其能量密度、续航公里数、寿命等主要性能指标均低于市场需求目标。对于现有电池的显著缺陷，市场对高效新型环保电池的需求日益高涨。

发明内容

为了克服现有技术中所存在的不足，本发明提供一种以高纯铝作为负极材料的高效耐久环保电池。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

一种高效耐久环保电池，包括负极材料、正极材料、电解质与支撑壳体，所述负极材料、正极材料固定在支撑壳体中，其特征在于：所述负极材料采用铝，所述正极材料采用铜，所述电解质采用水；所述负极材料与正极材料相对而立放置在电解质中，所述负极材料与正极材料之间设置有隔膜与活性炭板，所述活性炭板附着于所述正极材料靠近负极材料端面，所述隔膜附着于所述活性炭板靠近所述负极材料端面，所述隔膜与所述负极材料之间设置有小于3mm的间距；所述支撑壳体设置有进水口与出水口，所述进水口设置在支撑壳体上部，所述出水口设置在支撑壳体下部，所述进水口和出水口之间连接有水循环系统；所述正极材料与负极材料与外电路电性连接。

进一步地，所述负极材料采用纯度为99%-99.999%的铝板。

进一步地，所述负极材料靠近隔膜端面开设有沟槽，沟槽直径为2mm。负极材料表面的微细沟槽有水注入后形成毛细虹吸作用，随着水反应减少后，后续水在虹吸动力下可容易流入。

进一步地，所述正极材料采用纯度为99%-99.999%的铜板。

进一步地，所述正极材料可替换为铝合金。

进一步地，所述隔膜采用绝缘有机纤维或绝缘无机纤维。所述隔膜上设置有透气微孔结构，电子无法通过，但允许离子自由通过。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：

1.高能量密度：产生电压为3v，电池能量密度达1400Wh/Kg以上，目前市场报道的锂离子电池能量密度最高为200Wh/Kg。

2.无需充电：电池工作放电消耗完之后，可以加水而使电池重新产生电能，环保节能。

3.长寿命：根据电池电能的消耗，铝电极可以不断更换，重新让电池继续工作，与锂离子电池相比，寿命很长。

4.环保无毒、无有害物质产生：电池工作中只消耗水和空气，装置中生成氧化铝粉末，过程绝对环保。而且氧化铝可以回收再循环生产铝材。

5.负极材料廉价易得：作为电池的主要消耗材料，铝板是常规材料价廉易得。

本发明制备的耐久环保电池制作成本低、蓄能大、耐用、绿色环保、规格多样，制备工艺简单、制造成本低，可产生巨大的经济和社会效益。

附图说明

图1为本发明提供的一种高效耐久环保电池内部结构示意图；

图2为高效耐久环保电池整体结构示意图；

图3为负极材料截面示意图。

图中：1、负极材料；2、正极材料；3、电解质；4、支撑壳体；5、隔膜；6、活性炭板；7、进水口；8、出水口；9、水循环系统。

具体实施方式

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。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

如图1-3所示，一种高效耐久环保电池，包括负极材料1、正极材料2、电解质3与支撑壳体4，所述负极材料1、正极材料2固定在支撑壳体4中，所述负极材料1采用铝，所述正极材料2采用铜，所述电解质3采用水；所述负极材料1与正极材料2相对而立放置在电解质3中，所述负极材料1与正极材料2之间设置有隔膜5与活性炭板6，所述活性炭板6附着于所述正极材料2靠近负极材料1端面，所述隔膜5附着于所述活性炭板6靠近所述负极材料1端面，所述隔膜5与所述负极材料1之间设置有小于3mm的间距；所述支撑壳体4设置有进水口7与出水口8，所述进水口7设置在支撑壳体4上部，所述出水口8设置在支撑壳体4下部，所述进水口7和出水口8之间连接有水循环系统9；所述正极材料与负极材料与外电路电性连接。所述负极材料1采用纯度为99%-99.999%的铝板。所述负极材料1靠近隔膜5端面开设有沟槽，沟槽直径为2mm。负极材料的截面形状通过表面机加工制得。所述正极材料2采用纯度为99%-99.999%的铜板。所述正极材料2可替换为铝合金。所述隔膜5采用绝缘有机纤维或绝缘无机纤维。

利用铝的金属活泼性作为电池负极材料，铜作为正极，中间有透气性无机材料隔膜贴敷在铝表面，隔膜与活性炭紧密贴敷，铜与活性炭贴敷。常温下，空气中的氧气溶解于水中，并扩散吸附到隔膜和活性炭表面，在固、液、气三相界面，铝与氧气进行缓慢氧化还原反应，随着氧气消耗产生流体动力，活性炭表面吸附的氧气将继续透过隔膜与铝反应，反应过程中生成的氧化铝颗粒逐渐被活性炭透过隔膜吸附在隔膜表面并逐渐剥落进入水中，而使铝表面生成的氧化铝无法堆积沉淀，保证了铝的新表面可以裸露与液体和氧气充分接触，使期间的反应持续进行。铝作为负极材料在电池工作过程中被消耗，因此铝通过其远离隔膜一端面与固定板固定，所述固定板固定在支撑壳体中。所述固定板、正极材料通过常规固定方法固定在支撑壳体中，活性炭板固定在正极材料表面，隔膜固定在活性炭板表面。

正极反应：O₂+2H₂O+4e^-=4OH_-。

负极反应：2Al+6OH^-=Al₂O₃+3H₂O+6e^-。

总反应：4Al+3O₂=2Al₂O₃。

保证外电路接通，装置内部有水存在条件下，化学反应中产生的电子在正负极结构之间迁移而形成电池。

上面仅对本发明的较佳实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化，各种变化均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高效耐久环保电池，包括负极材料（1）、正极材料（2）、电解质（3）与支撑壳体（4），所述负极材料（1）、正极材料（2）固定在支撑壳体（4）中，其特征在于：所述负极材料（1）采用铝，所述正极材料（2）采用铜，所述电解质（3）采用水；所述负极材料（1）与正极材料（2）相对而立放置在电解质（3）中，所述负极材料（1）与正极材料（2）之间设置有隔膜（5）与活性炭板（6），所述活性炭板（6）附着于所述正极材料（2）靠近负极材料（1）端面，所述隔膜（5）附着于所述活性炭板（6）靠近所述负极材料（1）端面，所述隔膜（5）与所述负极材料（1）之间设置有小于3mm的间距；所述支撑壳体（4）设置有进水口（7）与出水口（8），所述进水口（7）设置在支撑壳体（4）上部，所述出水口（8）设置在支撑壳体（4）下部，所述进水口（7）和出水口（8）之间连接有水循环系统（9）；所述正极材料与负极材料与外电路电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种高效耐久环保电池，其特征在于：所述负极材料（1）采用纯度为99%-99.999%的铝板。

3.根据权利要求1或2所述的一种高效耐久环保电池，其特征在于：所述负极材料（1）靠近隔膜（5）端面开设有沟槽，沟槽直径为2mm。

4.根据权利要求1所述的一种高效耐久环保电池，其特征在于：所述正极材料（2）采用纯度为99%-99.999%的铜板。

5.根据权利要求1所述的一种高效耐久环保电池，其特征在于：所述正极材料（2）可替换为铝合金。

6.根据权利要求1所述的一种高效耐久环保电池，其特征在于：所述隔膜（5）采用绝缘有机纤维或绝缘无机纤维。

Images