CN1140005C - 活性纳米碳纤维铝、铜电极高能蓄电池 - Google Patents

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Abstract

一种活性纳米碳纤维铝、铜电极高能蓄电池，属于蓄电池技术。它由电池槽、槽盖、电解液、正负极板及隔膜和正负电极构成。正极板由铝板栅及活性纳米碳纤维层构成，负极板由铜板栅及活性纳米碳纤维层构成。活性纳米碳纤维直径为20～80nm，长度为200～300nm。每一组正负极板及其隔膜都具有使其成为大电容的小间距。等效于将这一大电容与电池并联。隔膜由高绝缘强度的高分子无纺布制备，尺寸同电池槽内部尺寸。它可采用大电流充放电、充电时间缩短为过去的1/10～1/20。比能量高达过去的铅蓄电池的7～10倍，重量大大降低。它可广泛应用于工业设备、交通工具、国防武器等各个领域中。

Description

活性纳米碳纤维铝、铜电极高能蓄电池
                           技术领域
本发明属于电化学蓄电池技术领域，更明确地说是一种活性纳米碳纤维铝、铜电极高能蓄电池。
                           背景技术
自1860年Plante发明铅蓄电池以来，人们主要在电化学范围内开发研究，作出了不间断的努力，技术上取得不断的进步。
但是，已有的蓄电池仍有许多缺陷和不足。其中之一是充电时间过长，严重限制了蓄电池的实际应用。过去，因为极板的比表面积小，只能采用化学方法长时间充电，不能采用大电流充放电。否则，大电流充电时，极板易产生焦尔热并用于分解水，降低其使用寿命，甚至造成热失控，使电池变形、开裂而失效。大电流放电时，也伴随有热效应，易导致电压降低，电池的容量也随放电电流的增大而降低。已有的蓄电池的实际充电时间，最快也要30分钟以上，慢则长达8小时以上。其中之二是比能量低，致使其重量太大，过于笨重，在使用中多有不便。这是电动车辆目前不能普及的主要原因之一。已有的铅蓄电池的比能量一般只有30～40Wh/kg。这一缺点大大限制了其应用范围的进一步扩大，大大降低了汽车、铁路机车、客车、飞机、舰船、坦克等运动工具和设备的有效载荷和有效能耗。
本发明的目的，就在于克服上述缺点和不足，提供一种可以采用大电流充放电、可以大大缩短充电时间；比能量高，重量大大降低，从而带来诸多方便，节能省电，应用范围广泛的活性纳米碳纤维铝、铜电极高能蓄电池。
                           发明内容
为了达到上述目的，本发明活性纳米碳纤维(CNT)铝、铜电极高能蓄电池由电池槽、扣合在电池槽上的槽盖、填充在电池槽中的电解液、安装在电池槽中的正负极板及其隔膜、分别与正负极板连接并安装在槽盖外面的正负电极所构成。正极板由铝板栅以及喷制粘合在其表面的活性纳米碳纤维层构成，负极板由铜板栅以及喷制粘合在其表面的活性纳米碳纤维层构成。
活性纳米碳纤维(CNT)本身具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应。它有极大的比表面积、极高的活性和孔隙率，散热效率高，扩散速率大。即使通过很大的电流，也只有很小的电流密度。因此，由其制作的正、负极板可以通过很大的充放电电流而不产生焦尔热，无热效应伴随。于是，大大缩短了充电时间。本发明采用物理方法大电流快速充电，采用化学方法长时间小电流低电压慢速放电，恰到好处。
活性纳米碳纤维层的活性纳米碳纤维直径为20～80nm，其长度为200～300nm。这一尺寸的活性纳米碳纤维活性大，比表面积大，用于制作正、负极板效果最好。
每一组正负极板及其隔膜都具有使其成为大电容的小间距。等效于将这一大电容与电池并联。隔膜由高绝缘强度的高分子无纺布制备，其尺寸与电池槽内部尺寸相同。这一结构同时具有法拉级电容的特性和大功率电池的特性，其等效电路相当于一个法拉级大电容和一个大功率电池并联。
从对这一等效电路的分析可见：瞬时间放电时，电容具有超前角，首先放电，可接受大电流放电的需要。长时间放电时，电池可慢速放电，解决长时间的特点。此时总的放电电流等于电容和电池放电电流之和。充电时，电容首先充电，可防止电流过大而爆炸。此时总的充电电流等于电容和电池充电电流之和，相当于外电路并联多个吸收电容。
电池和电容两个元件的工作电压V相等，不会产生互相流动，起到互补作用。设电池的电流为I，则其功率E＝IV。设电容的容量为C，则其功率W＝1/2CV。于是，总能量P＝E+W，实为两元件之和。因此，其总能量大大超过电池或单个电容。整体重量大大减轻，比能量大大提高。
本发明的任务就是这样完成的。
本发明提供了一种可以采用大电流充放电、可以大大缩短充电时间；比能量高，重量大大降低，从而带来诸多方便，节能省电，应用范围广泛的活性纳米碳纤维铝、铜电极高能蓄电池。这种电池结构提高了整体能量比，比能量可达300Wh/kg，功率可达1000W/kg以上。重量大为减轻，放电电流大大提高。本发明具有电容和电池两种特性，大电容在8法拉级到3000法拉，电池容量从150mAH至200AH。电力电池可达20000AH，重量只有铅蓄电池的1/11，体积只有其1/6，充电时间最快只有90秒。它可广泛应用于工业设备、交通工具、国防武器等国民经济的各个领域中。
                           附图说明
图1为本发明的正负极板的结构示意图。
图2为本发明的等效电路图。
图1所示，本发明的正负极板分别由铝、铜板栅1以及喷制粘合在其表面的活性纳米碳纤维层2所构成。活性纳米碳纤维层2的活性纳米碳纤维直径为20～80nm，其长度为200～300nm。每一组正负极板及其隔膜都具有使其成为大电容的小间距。
图2所示，本发明活性纳米碳纤维铝、铜电极高能蓄电池3等效于一个电池E和一个大电容C并联，其总能量P＝E+W。
                        具体实施方式
本发明的具体实施例如下：
实施例1。一种活性纳米碳纤维铝、铜电极高能蓄电池。它由电池槽、槽盖、电解液、正负极板及隔膜和正负电极构成。正极板由铝板栅及活性纳米碳纤维层构成，负极板由铜板栅及活性纳米碳纤维层构成。活性纳米碳纤维直径为20nm，长度为290nm。每一组正负极板及其隔膜都具有使其成为大电容的小间距。等效于将这一大电容与电池并联。隔膜由高绝缘强度的高分子无纺布制备，尺寸同电池槽内部尺寸。它可采用大电流充放电、充电时间缩短为过去的1/17。比能量高达过去的铅蓄电池的8倍，重量大大降低。
实施例2。一种活性纳米碳纤维铝、铜电极高能蓄电池，属于蓄电池技术。它由电池槽、槽盖、电解液、正负极板及隔膜和正负电极构成。正极板由铝板栅及活性纳米碳纤维层构成，负极板由铜板栅及活性纳米碳纤维层构成。活性纳米碳纤维直径为80nm，长度为300nm。余同实施例1。它可采用大电流充放电、充电时间缩短为过去的1/10。比能量高达过去的铅蓄电池的7倍，重量大大降低。
实施例3。一种活性纳米碳纤维铝、铜电极高能蓄电池，属于蓄电池技术。它由电池槽、槽盖、电解液、正负极板及隔膜和正负电极构成。正极板由铝板栅及活性纳米碳纤维层构成，负极板由铜板栅及活性纳米碳纤维层构成。活性纳米碳纤维直径为60nm，长度为200nm。余同实施例1。它可采用大电流充放电、充电时间缩短为过去的1/20。比能量高达过去的铅蓄电池的10倍，重量大大降低。
实施例1～3可广泛应用于工业设备、交通工具、国防武器等各个领域中。

Claims (3)

1.一种活性纳米碳纤维铝、铜电极高能蓄电池，它由电池槽、扣合在电池槽上的槽盖、填充在电池槽中的电解液、安装在电池槽中的正负极板及其隔膜、分别与正负极板连接并安装在槽盖外面的正负电极所构成，其特征在于所说的正极板由铝板栅以及喷制粘合在其表面的活性纳米碳纤维层所构成，负极板由铜板栅以及喷制粘合在其表面的活性纳米碳纤维层所构成。
2.按照权利要求1所述的活性纳米碳纤维铝、铜电极高能蓄电池，其特征在于所说的活性纳米碳纤维层的活性纳米碳纤维直径为20～80nm，其长度为200～300nm。
3.按照权利要求1或2所述的活性纳米碳纤维铝、铜电极高能蓄电池，其特征在于所说的隔膜由高绝缘强度的高分子无纺布制备，其尺寸与电池槽内部尺寸相同。
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