CN1610160A - 一种绿色储能薄膜电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种新的薄膜电池及其制备方法。它基于金属铝与碘构置成薄膜储能系统。该薄膜电池能够提供低的电流密度在μA/cm2数量级范围，放电平台在400mV～1000mV。放电容量在100～102μAh/cm2。I2/Al薄膜电池能够大规模的制备，且方法简单。由于Al的轻质量，无毒，廉价等优点，I2/Al薄膜电池与其它电池相比，具有低成本，使用安全与环境友好等特点。特别适合于用作起搏器、智能卡、可移植医学的器件、微机械系统(MEMS)中的电源。如果将各种单一薄膜电池进行并联或串联形成一个电源，能够提供大的电流与高的能量，可以有更广泛的应用。

Description

一种绿色储能薄膜电池及其制备方法
技术领域
本发明首次发现了基于铝与碘的薄膜电池。由于它们是绿色材料，薄膜电池的制备方法简单，可以取代目前的其它电池。
背景技术
随着电子器件的微型化，特别在起搏器、智能卡、可移植医学的器件、微机械系统(MEMS)中作为电源，需要各种薄膜电池与这些器件的微型化匹配。通常，一个薄膜电池包括一层阴极电流收集极，一层阴极，一层电解质，一层阳极，一层阳极电流收集极，甚至包括一层保护。它们构筑在一个基片上。因此，制备一个薄膜电池是非常复杂的，这使它们应用的成本增加。许多努力都集中在设计新的薄膜电池，特别在新的世纪，对能源要求急剧增长，设计与发展新型的环境友好的电源将是一个非常重要的技术挑战。
基于碘的阴极材料在储能领域一直引人注意。在1972年首次制备了Li/Al电池，并应用于可移植医学的器件。实时的LiI薄膜层的形成被用于作为电解质。另一种报道的银/碘电池，是一种特别的银离子电池，AgI或它的混合物作为银离子固态电解质。
以上这些薄膜电池制备工艺比较复杂，成本比较高。
发明内容
本发明的在于提出一种制备方法简单、成本低廉、电化学性能优良的绿色储能薄膜电池及其制备方法。
本发明提出的绿色储能薄膜电池，是一种铝碘电池，它以铝为阳极，碘为阴极，碘化铝的水化物或溶液为电解质。由于碘化铝的吸水性很强，在空气中非常容易水化，而形成一个电极质层。
本发明提供了一种新的储能系统，即由碘和廉价的铝构置成一个放电单元。
本发明提出的铝碘薄膜电池可以采用一种非常简单的气固反应的方法制备。它避免了传统制备电池的烦琐加工过程。降低了制备成本。具体制备步骤如下：
将碘放置在一个玻璃容器中，将铝片或铝薄膜与碘的蒸汽接触。例如，在一个装有碘的玻璃瓶口，将铝的表面面对碘。在室温下(10～40°)或加热条件下使碘升华，碘的蒸汽接触铝的表面，一个简单的气固反应发生： ，反应时间3-15小时，样品取出，放置在空气中2～6小时，即得到所需碘化铝薄膜电池。
本发明制备的电池薄膜表面可以扫描电镜进行观察和电子损失谱(EDX)进行表征。结果发现薄膜电池的表面，非常光滑。EDX结果显示薄膜的表面有Al，I，H，O元素组成。
由X-射线衍射仪(Rigata/Max-C)确定。X-射线衍射图谱表明得到碘与铝的衍射峰。
由电化学工作站Chi660a测量了薄膜电池的特性。连接未碘化的金属铝与表面上的碘，或者用其它的导电膜附在碘膜上面。开路电位在400mV～1000mV之间。极化测试结果显示该薄膜电池能够提供低的电流密度，在μA/cm2数量级。放电测试结果显示放电容量在100～102μAh/cm2数量级范围。
这些结果表明了铝碘薄膜电池是一种廉价的绿色储能电池。
铝碘薄膜电池的制备方法简单，容易大规模生产。铝与碘非常便宜，环境友好等特点。特别适合于做起博器、智能卡、可移植医学器件、微机械系统的电源。并可将各种单一薄膜电池进行并联或串联，形成一个电源，组成大的放电电流或高功率的电源，从而提供大的电流与高的能量。
具体实施方式
实施例1
在硅片上蒸发铝薄膜(大约300nm)，放置在一个装有碘的玻璃瓶口，将铝的表面面对碘。保留一部分铝不接触碘的蒸汽。在室温下(10-40℃)，碘的蒸汽接触铝的表面，一个简单的气固反应发生： 。经过3-12小时后，样品取出，放置在空气中2-4小时。
电化学工作站Chi660a测量了薄膜系统的特性。连接未碘化的金属铝与表面上的碘，或者用其它的导电膜附在碘膜上面。薄膜的表面积为1平方厘米。开路电位在640mV-1000mV之间。在放电电流0.1μA数量级。放电容量在25μAh。

Claims (3)

1、一种绿色储能薄膜电池，其特征在于以铝为阳极，碘为阴极，碘化铝的水化物或溶液为电解质。
2.根据权利要求1所述的薄膜电池，其特征在该薄膜电池的电流密度在μA/cm2数量级范围，放电平台在400mV～1000mV，放电容量在100～102μAh/cm2。
3.一种如权利要求1所述的薄膜电池的制备方法，其特征在于具体步骤为：将碘放置在一个玻璃容器中，将铝片或铝薄膜与碘的蒸汽接触。在室温下或加热条件下使碘升华，碘的蒸汽接触铝的表面，反应时间3-15小时，样品取出，放置在空气中2～6小时，即得到所需碘化铝薄膜电池。
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