CN202205867U

CN202205867U - 电池

Info

Publication number: CN202205867U
Application number: CN2010206560343U
Authority: CN
Inventors: 廖重宾
Original assignee: Innot Bioenergy Holding Co
Current assignee: Innot Bioenergy Holding Co
Priority date: 2010-12-13
Filing date: 2010-12-13
Publication date: 2012-04-25
Anticipated expiration: 2020-12-13

Abstract

本实用新型实施例提供了一种电池，包括集流体、正极结构、隔离结构、负极结构以及外壳，所述正极结构、隔离结构、负极结构以及外壳依次环绕地设置于集流体的周围，其中所述负极结构、正极结构中的至少之一包括叶绿素。本实用新型实施例的电池可利用其正、负极结构中的叶绿素进行储氢从而达到供电的目的。且由于本实用新型的电池采用天然的环保物质代替传统电池中的污染成分，用完即使丢弃也不会对环境造成污染，环保程度远胜于传统电池。

Description

电池

技术领域

本申请请求于2008年12月24日递交的美国专利申请第12/344,211号以及于2008年5月16日递交的台湾专利申请第97118207号的在先权益。以上两件专利文献的全部内容在此作为参考引用引入本申请。

本实用新型涉及一种电池及其制造方法，特别涉及一种使用叶绿素来产生电能之电池及其制造方法。

背景技术

近年来，陆续出现了移动电话、手提式摄影机、笔记本电脑、数字相机、PDA、CD player等轻便型电子机器，并谋求其小型及轻量化，而伴随此，作为可携带之轻便电源-电池也同样受到关注。电池种类包括干电池、镍氢电池、锂电池与燃料电池等。下面将简单介绍常见电池。

日常使用的干电池大多是锌锰电池，也叫碳锌电池。碳锌电池的外壳一般由锌构成，其既可以作为电池的容器，又可以作为电池的负极。碳锌电池是从液体Leclanché电池发展而来。传统或一般型碳锌电池以氯化铵为电解质；超级或高能碳锌电池则通常是使用氯化锌为电解质的碳锌电池，是一般廉价电池的改良版。碳锌电池的正极主要是由粉末状的二氧化锰和碳构成。电解液是把氯化锌和氯化铵溶于水中所形成的糊状溶液。碳锌电池是最便宜的原电池，因此成为很多厂商的首选，因为这些厂商所销售的设备中常常需要配送电池。锌碳电池可以用于遥控器、闪光灯、玩具或晶体管收音机等功率不大的设备。

然而，当碳锌电池使用一段时间以后，由于金属锌被氧化成为锌离子，锌外壳会逐渐变薄。因此，氯化锌溶液常常可以从电池中泄漏出来。泄漏出来的氯化锌往往会使电池表面变粘。一些老的电池没有泄漏保护。锌碳电池的使用寿命比较短，保存期一般为一年半。另外，就算电池没有使用，电池内的氯化铵有弱酸性，可以与锌反应，锌外壳也会慢慢的变薄。

现在3C产业常提到的锂电池其实是锂钴电池，广义的可充放锂电池是指由一个石墨负极、一个采用钴、锰或磷酸铁的正极、以及一种用于传送锂离子的电解液所构成。而一次锂离子电池则可以锂金属或者嵌锂材料作为负极。锂电池产业发展20多年来一直集中在3C产业为主，鲜少应用在市场经济规模更大的储能和动力电池(瞬间需要较大电流)市场，这市场涵盖纯电动车、油电混合车、中大型UPS、太阳能、大型储能电池、电动手工具、电动摩托车、电动自行车、航天设备与飞机用电池等领域。其主要原因是过去锂电池采用的锂钴正极材料(LiCoO₂，就是现在最常见的锂电池)，无法应用在需要大电流、高电压、高扭力以及具有耐受穿刺、冲撞和高温、低温等条件等特殊环境，更重要的是，因无法满足人们对安全的绝对要求而饱受诟病。

同时，锂钴电池也无法达到快速充电与完全避免二次污染等目的，而且，一定要设计保护电路以防止过度充电或过度放电，否则就会造成爆炸等危险，甚至出现如Sony电池爆炸导致全球品牌NB业者投下巨资回收的情况。

另外，钴的价格愈来愈高昂，全球钴元素最大生产国刚果，战乱纷扰多，导致钴元素价格不断升高。锂钴电池的粉体因钴元素价格不断上涨，现在已从原先的每公斤40美元涨价到60～70美元。磷酸锂铁粉体依质量好坏，每公斤售价在30～60美元。

镍氢电池的设计源于镍镉电池。1982年美国OVONIC公司请求储氢合金用于电极制造之专利，使得此一材料受到重视，继之为1985年荷兰飞利浦公司突破了储氢合金在充放电过程中容量衰减的问题终使镍氢电池脱颖而出。目前在日本有8家以上镍氢电池制造厂，德国，美国，香港，台湾亦有镍氢电池生产，市场反应良好。而且镍氢电池所造成之污染，会比含有镉之镍镉电池小很多，因此，目前镍镉电池已逐渐被镍氢电池取代。

燃料电池(Fuel cell)是一种使用燃料进行化学反应产生电力的装置，最早于1839年由英国的Grove所实用新型。最常见是以氢氧为燃料的质子交换膜燃料电池，由于燃料价格平宜，加上对人体无化学危险、对环境无害，发电后产生纯水和热，1960年代应用在美国军方，后于1965年应用于美国双子星座计划双子星座5号飞船。现在也有一些笔记本电脑开始研究使用燃料电池。但由于产生的电量太小，且无法瞬间提供大量电能，只能用于平稳供电上。燃料电池是一个电池本体与燃料箱组合而成的动力机制。燃料的选择性非常高，包括纯氢气、甲醇、乙醇、天然气，甚至于现在运用最广泛的汽油，都可以做为燃料电池的燃料。

不论是新型强调环保的碳锌电池、碱性电池及二次电池，在制程上还是会使用少量的汞或其他重金属如钴，而且在原料及制程上使用具污染性的物质，对环境以及人体都具有较大危害。

目前应用广泛的锂电池属不稳定的电化学装置，若制作过程、封装不当、运作于低负载，都可能会引起爆炸。因此需要多重复杂的保护机制，比如包括保护电路、排气孔、隔离膜等，其中保护电路用于防止过充、过放、超载、过热；排气孔用于避免电池内部压强过大；隔离膜具有较高的抗穿刺强度，以防止内部短路，且在电池内部温度过高时还能融化，阻止锂离子通过，阻滞电池反应，升高内阻(至2kΩ)。

锂电池的正极(如：Li_1-xCoO₂)、负极(Li_xC)主要原料锂矿越来越少，使其价格快速上涨。

锂电池在温度稍高之室外或环境之下效能与寿命皆开始快速降减。

镍镉电池或镍氢电池因具有记忆效应，很容易因充放电不良，而造成可用容量降低。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提供一种电池，其可利用天然的环保物质代替传统电池中的污染成分，用完即使丢弃也不会对环境造成污染，环保程度远胜于传统电池。

为解决上述问题，本实用新型实施例提供了一种电池，其包括集流体、正极结构、隔离结构、负极结构以及外壳，所述正极结构、隔离结构、负极结构以及外壳依次环绕地设置于集流体的周围，其中所述正、负极结构中的至少之一包括叶绿素。优选地，正极结构中的叶绿素与负极结构中的叶绿素具有不同之功函数。

优选地，所述负极结构包括导电材料层以及负极材料层，其中负极材料层形成在导电材料层上。

优选地，所述负极材料层包括叶绿素以及高聚体溶液，所述叶绿素为叶绿素a、叶绿素b、叶绿素c1和、叶绿素c2、叶绿素d、及叶绿素e中的一种或多种。

优选地，所述负极结构为膜片状。

优选地，所述负极结构的长度为60mm，而其宽度为50mm。

优选地，所述集流体为一圆柱体。

优选地，所述集流体的直径为4mm，而其长度为47.2mm。

优选地，所述隔离结构包括第一隔离膜、第二隔离膜以及夹设于其内的电解质材料。

优选地，所述第一隔离膜以及第二隔离膜分别为膜片状。

优选地，所述第一隔离膜以及第二隔离膜的长度为55mm，宽度为50mm，而其厚度为0.2mm。

优选地，所述外壳为一个外径为14.5mm，内径为12.5mm，长度为48.4mm的纸管。

本实用新型实施例的电池可利用其正、负极结构中的叶绿素即可进行储氢从而达到供电的目的。亦即，在电池之氧化还原反应中，当叶绿素因其中之镁离子脱离而形成脱镁叶绿素(pheophytin)之际，出缺镁的部份即能结合两个氢离子，故能储氢。且由于本实用新型的电池采用天然的环保物质代替传统电池中的污染成分，用完即使丢弃也不会对环境造成污染，环保程度远胜于传统电池。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是本实用新型一实施例所揭示的电池的结构示意图。

图2是本实用新型一实施例所揭示的负极结构的结构示意图。

图3是本实用新型一实施例所揭示之电池的制作方法的流程图。

图4绘示为图3所示之步骤S1的具体流程图。

图5绘示为图3所示之步骤S2的具体流程图。

图6绘示为图3所示之步骤S3的具体流程图。

图7绘示为图3所示之步骤S4的具体流程图。

图8绘示为图3所示之步骤S5的具体流程图。

具体实施方式

为更进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提出的电池其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

图1绘示为本实用新型一实施例所揭示的电池的结构示意图。如图1所示，本实用新型实施例提供了一种电池100，其包括集流体110、正极结构120、隔离结构130、负极结构140以及外壳150。其中正极结构120、隔离结构130、负极结构140以及外壳150依次环绕地设置于集流体110周围。

图2绘示为本实用新型一实施例所揭示之负极结构的结构示意图。如图2所示，本实用新型实施例所揭示的负极结构140包括导电材料层141以及负极材料层142，其中负极材料层142可形成在导电材料层141之上。

其中，导电材料层141由导电材料而制成。导电材料可以是金属、金属化合物或导电高分子材料。金属可以选自铝和/或金。金属化合物可以选自一氧化锰、氧化锌和氧化镁中的一种或多种。导电高分子材料选自杂环或芳香族杂环化合物。优选地，导电高分子材料选自以下化合物中的一种或多种：聚乙炔、聚芳香烃乙烯、聚噻吩、聚苯胺、聚咇咯、聚吡咯和上述化合物的衍生物。

负极材料层142包括叶绿素以及高聚体溶液，且负极材料层142可藉由涂布等方式形成在导电材料层141上。叶绿素可以为叶绿素a、叶绿素b、叶绿素c1和、叶绿素c2、叶绿素d、及叶绿素e中的一种或多种。叶绿素可以为粉末状或液状。所采用的叶绿素已去除叶绿素氧化酶。

高聚体溶液具有黏合作用，能因此附着并调制导电材料层之物理及化学特性，使得负极材料层142更黏附于导电材料层141。此外，高聚体溶液的导电度为50-250ms/cm。高聚体溶液可以包括硼、镁、铝、钙、锰及锌元素之一种或数种。高聚体溶液还用于调制导电材料层141的功函数，俾使正负电极间之电位差能达致所欲之伏特数，如1.5V。

高聚体溶液可以由金属离子与各类酸根离子的化合物、高聚体及溶剂按比例调配而成。高聚体可以为葡萄糖的高聚体。葡萄糖的高聚体可以为植物淀粉，例如为马铃薯淀粉、菱角淀粉、玉米淀粉、地瓜粉、莲藕淀粉、芥末粉和葛根粉中的一种或多种。金属离子与各类酸根离子的化合物可以为碳酸钙。金属离子与各类酸根离子的化合物可以为天然植物化学成分。天然植物化学成分包括木脂素类、低聚糖、多糖、黄酮类、环烯醚萜类、脂肪酸、东莨菪内酯、儿茶素、β谷固醇、虎刺素和生物碱类。溶剂可以为带极性、PH值大于3之溶剂，例如：水、海水、茶、咖啡、果汁或者酒等等。高聚体溶液的PH值优选为5.5-8。高聚体溶液还可以包括维生素，例如维生素D。

负极结构140可制成膜片状，从而提高叶绿素的使用量，增大接触面积以提高电池的反应面积等。此外，本领域技术人员可理解的是，本实用新型还可以藉由任何已知技术提高叶绿素的使用量，增大接触面积以提高电池的反应面积等。优选地，在本实施例中，负极结构140的长度为60mm，而宽度为50mm。

请继续参阅图1，以下将继续介绍本实用新型所揭示之电池100的其余结构。集流体110为一圆柱体，优选地集流体110的直径为4mm，而其长度为47.2mm。

正极结构120由粉末状的正极材料而构成。优选地，正极结构120中的粉末状的正极材料包含叶绿素粉末。此外，粉末状的正极材料可进一步包括碳布、碳末或者奈米导电高分子粉末。碳布或者碳末包括白碳或称蜡石(Chaoite)、碳黑、碳烟(Carbon black)、玻璃碳或者玻碳(Glassy carbon)、奈米碳管(Carbon nanotube)、活性碳(Activated carbon)、钻石、金刚石(Diamond)、非晶质碳(Amorphous carbon)、石墨烯(Graphene)、富勒烯(Fulerene)、石墨(Graphite)、碳炔(Carbyne)、双原子碳(Diatomic carbon)、C3(Tricarbon)、原子碳(Atomic carbon)、石墨化性碳素、热分解碳类，焦炭类及其他碳的同素异形体。导电高分子的材料选自杂环或芳香族杂环化合物。优选地，导电高分子的材料选自以下化合物中的一种或多种：聚乙炔、聚芳香烃乙烯、聚噻吩、聚苯胺、聚咇咯、聚吡咯和上述化合物的衍生物。

隔离结构130包括第一隔离膜131、第二隔离膜132以及夹设于两隔离膜之间的电解质材料133。第一隔离膜131以及第二隔离膜132分别采用高纤维材质而制成，其中高纤维材质可以为纸类，纸类包括玻璃纸、棉纸、宣纸及绢纸等，且高纤维材质孔隙大小优选为0.01μm～1cm。此外，在本实施例中，第一隔离膜131以及第二隔离膜132分别为膜片状，且其长度为55mm，宽度为50mm，厚度为0.2mm的薄膜。电解质材料133可为有机盐类水溶液或者有机盐类与叶绿素的水溶液。其中，有机盐类水溶液的导电度为10ms/cm-500ms/cm。有机盐类为非含锂的有机盐类。有机盐类选自包含以下离子化合物中的一种或多种：碘化钠、氯化钠和氢氧化钠。

外壳150是一个外径为14.5mm，内径为12.5mm，长度为48.4mm的纸管，其包覆上述集流体110、正极结构120、隔离结构130以及负极结构140。

在本实施例中，负极结构140与正极结构120中均包含有叶绿素，因此，电池100工作时，负极结构140中的叶绿素及正极结构120中的叶绿素会因接收光线或遇到溶液而产生电子或空穴，从而在电池100的正极结构120与负极结构140之间形成电位差以提供持续的电流。也就是说，本实用新型的电池100以负极结构140以及正极结构120中的叶绿素来作为能量来源来提供电能。优选地，负极结构140中的叶绿素与正极结构120中的叶绿素具有不同之功函数(workfunctions)。

虽然在本实施例中，负极结构140与正极结构120中均包含有叶绿素，但是，本领域技术人员可以理解的是，本实用新型所揭示的电池，亦可仅在负极结构140中设置叶绿素，或者仅在正极结构120中设置叶绿素，以利用叶绿素作为能量来源而使电池提供电能。

图3绘示为本实用新型一实施例所揭示之电池的制作方法的流程图。如图3所示，上述电池的制作方法包括以下步骤：

步骤S1：制作高聚体溶液；

步骤S2：制作负极结构；

步骤S3：制作隔离结构；

步骤S4：将负极结构以及隔离结构组装进外壳中；以及

步骤S5：将集流体插入外壳中并填充正极材料至上述结构中以形成正极结构从而完成整个电池的制作。

图4绘示为图3所示之步骤S1的具体流程图。如图4所示，步骤S1之制作高聚体溶液包括以下步骤：

步骤S11：在温度40摄氏度的溶剂中缓慢添加高聚体粉末；

步骤S12：利用磁石搅拌机以转速500～700RPM搅拌上述溶液；

步骤S13：使用导电度计检测上述溶液的导电度是否达到50-250ms/cm；当上述检测结果为否时，则返回执行步骤S11，而当上述检测结果为是时，则执行步骤S14；以及

步骤S14：完成。

在本实施例中，所述溶剂为带极性、PH值大于3之溶剂。优选地，所述溶剂选自水、海水、茶、咖啡、果汁、酒中的一种或多种。

图5绘示为图3所示之步骤S2的具体流程图。如图5所示，步骤S2之制作负极结构包括以下步骤：

步骤S21：以滤网过滤叶绿素粉末；

步骤S22：倒入高聚体溶液；

步骤S23：利用磁石搅拌机以转速500～700RPM进行搅拌；

步骤S24：判断是否达到均匀流体；当上述判断结果为否时，则返回执行步骤S22，当上述判断结果为是时，则执行步骤S25；

步骤S25：将上述流体涂布至导电材料层上；

步骤S26：将上述结构放置于100摄氏度的烤箱中，烘烤至水份蒸发从而完成负极结构之制作。

图6绘示为图3所示之步骤S3的具体流程图。如图6所示，步骤S3之制作隔离结构包括以下步骤：

步骤S31：裁减好隔离膜；

步骤S32：将裁减好的隔离膜浸泡在高聚体溶液中；

步骤S33：取出隔离膜并将其放置于100摄氏度的烤箱中，烘烤至水份蒸发以制作两个隔离膜；

步骤S34：取出一个隔离膜，均匀喷洒电解质材料；以及

步骤S35：覆盖上另一个隔离膜从而完成隔离结构之制作。

图7绘示为图3所示之步骤S4的具体流程图。如图7所示，步骤S4之将负极结构以及隔离结构组装进外壳中包括以下步骤：

步骤S41：将负极结构贴合至外壳中；

步骤S42：使用第一中空棒将隔离结构紧密卷起，其中第一中空棒的内直径为4.5mm，外直径为6.36mm，长度为47.2mm；

步骤S43：将卷起隔离结构之第一中空棒以顺时针方向旋入具有负极结构的外壳中；

步骤S44：以逆时针方向将第一中空棒取出以将隔离结构保留在具有负极结构的外壳中；

步骤S45：检视隔离结构是否贴附于外壳中的负极结构；当上述检视结果为否时，则执行步骤S46；当上述检视结果为是时，则执行步骤S47；

步骤S46：抽出隔离结构并判断隔离结构是否损坏；当上述判断结果为否时，则返回执行步骤S42；当上述判断结果为是时，则执行步骤S46a；

步骤S46a：更换隔离结构并返回执行步骤S42；以及

步骤47：完成组装。

图8绘示为图3所示之步骤S5的具体流程图。如图8所示，步骤S5之将集流体插入外壳中并填充正极材料至上述结构中以形成正极结构包括以下步骤：

步骤S51：在具有负极结构以及隔离结构之外壳中缓慢填充正极材料；

步骤S52：将集流体插入外壳的中心；

步骤S53：使用第一中空棒与虎钳填压并继续填入正极材料；

步骤S54：检视正极材料是否达到所需的重量；当上述检视结果为否时，则返回执行步骤S53，当上述检视结果为是时，则执行步骤S55；以及

步骤S55：以第二中空棒修饰正极结构，其中第二中空棒的内直径为4.5mm，外直径为9.94mm，长度为47.2mm从而完成正极结构的制作。

本实用新型所揭示的电池可利用其正、负极结构中的叶绿素即可进行储氢从而达到供电的目的。优选地，所述正、负极结构皆包含叶绿素，但具有不同之功函数。亦即，在电池之氧化还原反应中，当叶绿素因其中之镁离子脱离而形成脱镁叶绿素(pheophytin)之际，出缺镁的部份即能结合两个氢离子，故能储氢。此外由于本实用新型的电池采用天然的环保物质代替传统电池中的污染成分，用完即使丢弃也不会对环境造成污染，环保程度远胜于传统电池。

需要指出的是，在本实用新型实施例中提到的“第一”、“第二”等用语仅是根据需要采用的文字符号，在实务中并不限于此，并且该文字符号可以互换使用。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims

1.一种电池，其包括：集流体、正极结构、隔离结构、负极结构以及外壳，所述正极结构、隔离结构、负极结构以及外壳依次环绕地设置于集流体的周围，其特征在于：所述正、负极结构中的至少之一包括叶绿素。

2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述负极结构包括导电材料层以及负极材料层，其中负极材料层形成在导电材料层上。

3.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述负极结构为膜片状。

4.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述负极结构的长度为60mm，而其宽度为50mm。

5.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述集流体为一圆柱体。

6.根据权利要求5所述的电池，其特征在于，所述集流体的直径为4mm，而其长度为47.2mm。

7.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述隔离结构包括第一隔离膜、第二隔离膜以及夹设于其内的电解质材料。

8.根据权利要求7所述的电池，其特征在于，所述第一隔离膜以及第二隔离膜分别为膜片状。

9.根据权利要求8所述的电池，其特征在于，所述第一隔离膜以及第二隔离膜的长度为55mm，宽度为50mm，而其厚度为0.2mm。

10.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述外壳为一个外径为14.5mm，内径为12.5mm，长度为48.4mm的纸管。