CN205159473U - 新一代高容量双电解液铝空气微流体电池 - Google Patents

新一代高容量双电解液铝空气微流体电池 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及一种新一代高容量双电解液铝空气微流体电池，包括阳极板、阴极板以及处于流动状态的电解液，所述电解液包括阳极电解液、阴极电解液，还包括分别用于输送阳极电解液、阴极电解液的阳极管道、阴极管道，所述阳极管道、阴极管道在对应于阳极板、阴极板处连通构成一离子传导内腔，所述阳极板为铝板，阴极板为空气电极，所述阳极电解液为强碱有机溶液，阴极电解液为强碱水溶液，本实用新型的铝板不会与阳极电解液发生自腐蚀反应，从根本上解决了铝空气电池中铝电极在电解液中的自腐蚀问题，显著地提高了铝空气电池的容量，而且两种电解液可分别独立进行调节，有利于电池阴、阳极的电化学反应同时达到最佳状态，显著提高其电化学性能。

Description

新一代高容量双电解液铝空气微流体电池
技术领域
本实用新型涉及电池技术领域，具体涉及一种新一代高容量双电解液铝空气微流体电池。
背景技术
电池(Battery)指盛有电解质溶液和金属电极以产生电流的杯、槽或其他容器或复合容器的部分空间，能将化学能转化成电能的装置。利用电池作为能量来源，可以得到具有稳定电压，稳定电流，长时间稳定供电，受外界影响很小的电流，并且电池结构简单，携带方便，充放电操作简便易行，不受外界气候和温度的影响，性能稳定可靠，在现代社会生活中的各个方面发挥有很大作用。
铝空气电池因具备高能量密度、质量轻、安全、便宜等优点而备受关注，其以高纯度铝Al(含铝99.99％)做为负极、氧为正极，以氢氧化钾(KOH)或氢氧化钠(NaOH)水溶液为电解质，空气中的氧为氧化剂，在电池放电时产生化学反应，铝和氧作用最终转化为氧化铝。但是，铝质电极板在电解液中的自腐蚀现象十分严重，制约了铝空气电池发展。针对此问题，目前采用较多的两种解决办法是：(1)使用添加了微量元素的铝合金作为电池的阳极；(2)在电解液溶液加添加剂，以减缓铝电极的自腐蚀速率。上述两种方法虽然能够在一定程度起到抑制铝电极的自腐蚀的作用，然而效果并不显著，不能从根本上解决铝空气电池的铝质电极板自腐蚀的问题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于针对现有技术的不足提供一种新一代高容量双电解液铝空气微流体电池，从根本上解决了铝空气电池中铝电极在电解液中的自腐蚀问题，从而显著地提高了铝空气电池的容量，而且两种电解液可分别独立进行调节，有利于电池阴、阳极的电化学反应同时达到最佳状态，显著提高其电化学性能。
本实用新型通过以下技术方案实现该目的：
新一代高容量双电解液铝空气微流体电池，包括阳极板、阴极板以及处于流动状态的电解液，所述电解液包括阳极电解液、阴极电解液，还包括分别用于输送阳极电解液、阴极电解液的阳极管道、阴极管道，所述阳极管道、阴极管道在对应于阳极板、阴极板处连通构成一离子传导内腔，所述阳极板与阳极管道连通并与阳极电解液接触，所述阴极板与阴极管道连通并与阴极电解液接触，所述阳极板为铝板，所述阴极板为空气电极，所述阳极电解液为强碱有机溶液，所述阴极电解液为强碱水溶液。
其中，所述阳极电解液、阴极电解液在离子传导内腔中的流向相同。
其中，所述阳极电解液、阴极电解液在离子传导内腔中呈分层流动状态。
作为优选的技术方案，所述强碱有机溶液为氢氧化钾有机溶液、氢氧化钠有机溶液或氢氧化锂有机溶液中的任意一种或两种以上的混合物。
作为优选的技术方案，所述强碱有机溶液中的溶剂为甲醇。
作为进一步优选的，所述强碱有机溶液的浓度为1～6mol/L。
作为优选的技术方案，所述强碱水溶液为氢氧化钾水溶液、氢氧化钠水溶液或氢氧化锂水溶液中的任意一种或两种以上的混合物。
作为进一步优选的，所述强碱水溶液的浓度为1～6mol/L。
进一步的，所述离子传导内腔中设置有多孔隔膜，所述多孔隔膜设置于阳极管道与阴极管道之间。
更进一步的，所述离子传导内腔中设置有离子交换膜，所述离子交换膜设置于阳极管道与阴极管道之间。
相对于现有技术，本实用新型的有益效果为：本实用新型的新一代高容量双电解液铝空气微流体电池，包括阳极板、阴极板以及处于流动状态的电解液，所述电解液包括阳极电解液、阴极电解液，还包括分别用于输送阳极电解液、阴极电解液的阳极管道、阴极管道，所述阳极管道、阴极管道在对应于阳极板、阴极板处连通构成一离子传导内腔，所述阳极板与阳极管道连通并与阳极电解液接触，所述阴极板与阴极管道连通并与阴极电解液接触，所述阳极板为铝板，所述阴极板为空气电极，所述阳极电解液为强碱有机溶液，所述阴极电解液为强碱水溶液，本实用新型的铝板电极不会与非水性的阳极电解液发生自腐蚀反应，从根本上解决了铝空气电池中铝电极在电解液中的自腐蚀问题，从而显著地提高了铝空气电池的容量，而且两种电解液可分别独立进行调节，有利于电池阴、阳极的电化学反应同时达到最佳状态，显著提高其电化学性能。
附图说明
图1为实施例1的新一代高容量双电解液铝空气微流体电池的结构示意图。
图2为实施例4的新一代高容量双电解液铝空气微流体电池的结构示意图。
图3为实施例5的新一代高容量双电解液铝空气微流体电池的结构示意图。
图中：1-阳极板，2-阴极板，3-阳极电解液，4-阴极电解液，5-阳极管道，6-阴极管道，7-多孔隔膜，8-离子交换膜。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本实用新型进行详细描述。
实施例1。
如图1所示，本实施例的新一代高容量双电解液铝空气微流体电池，包括阳极板1、阴极板2以及处于流动状态的电解液，所述电解液包括阳极电解液3、阴极电解液4，还包括分别用于输送阳极电解液3、阴极电解液4的阳极管道5、阴极管道6，所述阳极管道5、阴极管道6在对应于阳极板1、阴极板2处连通构成一离子传导内腔，所述阳极板1与阳极管道5连通并与阳极电解液3接触，所述阴极板2与阴极管道6连通并与阴极电解液4接触，所述阳极板1为铝板，所述阴极板2为空气电极，所述阳极电解液3为氢氧化钾有机溶液，所述阴极电解液4为氢氧化钾水溶液。
本实施例的的铝板(铝电极)不会与非水性的阳极电解液3发生自腐蚀反应，从根本上解决了铝空气电池中铝板(铝电极)在电解液中的自腐蚀问题，从而显著地提高了铝空气电池的容量，而且两种电解液可分别独立进行调节，有利于电池阴、阳极的电化学反应同时达到最佳状态，显著提高其电化学性能。
其中，所述氢氧化钾有机溶液、氢氧化钾水溶液在离子传导内腔中的流向相同，且呈分层流动状态，为了保证氢氧化钾有机溶液与氢氧化钾水溶液处于层流状态而不发生湍流现象，可通过雷诺数Re的范围确定各电解液的流动速度，所述各电解液的流动速度有泵体进行控制。
Re＝ρvd/μ
其中，v、ρ、μ分别为电解液的流速、密度与黏性系数，d为一特征长度，例如电解液流过圆形管道，则d为管道的当量直径。
其中，本实施例的双电解液结构电池中，所述阳极管道5和阴极管道6的尺寸相同，均为3mm×40mm×1mm(长×宽×高)，所述氢氧化钾有机溶液、氢氧化钾水溶液的流速相同，均为0.065mlmin-1。
作为进一步优选的，所述氢氧化钾有机溶液的浓度为3mol/L。
作为进一步优选的，所述氢氧化钾水溶液的浓度为3mol/L。
本实施例的新一代高容量双电解液铝空气微流体电池的工作原理：
本实施例的微流体电池通过微流体技术(通过电解液流动管道、处于流动状态的电解液)实现阳极电解液3与阴极电解液4的分离。电池使用过程中，阳极板1(铝电极)在碱性的氢氧化钾有机溶液中被氧化，释放电子，电子通过外电路到达阴极板2(空气电极)，参与氧气在空气电极处发生还原反应，为了维持电荷平衡，氢氧化钾水溶液中的氢氧根离子向氢氧化钾有机溶液迁移。由于阳极电解液3为非水系的有机溶液，因此铝的自腐蚀得到了有效抑制，从而显著地提高了铝空气电池的容量，而且两种电解液可分别独立进行调节，有利于电池阴、阳极的电化学反应同时达到最佳状态，显著提高其电化学性能。
实施例2。
本实施例的新一代高容量双电解液铝空气微流体电池，包括阳极板1、阴极板2以及处于流动状态的电解液，所述电解液包括阳极电解液3、阴极电解液4，还包括分别用于输送阳极电解液3、阴极电解液4的阳极管道5、阴极管道6，所述阳极管道5、阴极管道6在对应于阳极板1、阴极板2处连通构成一离子传导内腔，所述阳极板1与阳极管道5连通并与阳极电解液3接触，所述阴极板2与阴极管道6连通并与阴极电解液4接触，所述阳极板1为铝板，所述阴极板2为空气电极，所述阳极电解液3为氢氧化钠有机溶液，所述阴极电解液4为氢氧化钠水溶液。
作为进一步优选的，所述氢氧化钠有机溶液的浓度为6mol/L。
作为进一步优选的，所述氢氧化钠水溶液的浓度为6mol/L。
本实施例的其它技术特征同实施例1，在此不再进行赘述。
实施例3。
本实施例的新一代高容量双电解液铝空气微流体电池，包括阳极板1、阴极板2以及处于流动状态的电解液，所述电解液包括阳极电解液3、阴极电解液4，还包括分别用于输送阳极电解液3、阴极电解液4的阳极管道5、阴极管道6，所述阳极管道5、阴极管道6在对应于阳极板1、阴极板2处连通构成一离子传导内腔，所述阳极板1与阳极管道5连通并与阳极电解液3接触，所述阴极板2与阴极管道6连通并与阴极电解液4接触，所述阳极板1为铝板，所述阴极板2为空气电极，所述阳极电解液3为氢氧化锂有机溶液，所述阴极电解液4为氢氧化锂水溶液。
作为进一步优选的，所述氢氧化锂有机溶液的浓度为1mol/L。
作为进一步优选的，所述氢氧化锂水溶液的浓度为1mol/L。
实施例4。
如图2所示，本实施例与实施例1的区别在于：所述离子传导内腔中还设置有多孔隔膜7，所述多孔隔膜7优选为碳纸，所述碳纸设置于阳极管道5与阴极管道6之间，所述碳纸不仅能够更进一步的防止阳极电解液3与阴极电解液4在离子传导内腔中形成湍流现象，保证各电解液接触面处于层流状态，而且有利于控制各电解液之间的混合程度，提高电池的电化学性能。
实施例5。
如图3所示，本实施例与实施例4的区别在于：所述离子传导内腔中还设置有离子交换膜8，所述离子交换膜8设置于阳极管道5与阴极管道6之间，相对于实施例4中的多孔隔膜7，本实施例的离子交换膜8具有更好的离子通过选择性，进一步提高电池的电化学性能和电解液的利用率。
本实施例的其它技术特征同实施例4，在此不再进行赘述。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的部分实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.新一代高容量双电解液铝空气微流体电池，包括阳极板、阴极板以及处于流动状态的电解液，其特征在于：所述电解液包括阳极电解液、阴极电解液，还包括分别用于输送阳极电解液、阴极电解液的阳极管道、阴极管道，所述阳极管道、阴极管道在对应于阳极板、阴极板处连通构成一离子传导内腔，所述阳极板与阳极管道连通并与阳极电解液接触，所述阴极板与阴极管道连通并与阴极电解液接触，所述阳极板为铝板，所述阴极板为空气电极，所述阳极电解液为强碱有机溶液，所述阴极电解液为强碱水溶液。
2.根据权利要求1所述的新一代高容量双电解液铝空气微流体电池，其特征在于：所述阳极电解液、阴极电解液在离子传导内腔中的流向相同。
3.根据权利要求2所述的新一代高容量双电解液铝空气微流体电池，其特征在于：所述阳极电解液、阴极电解液在离子传导内腔中呈分层流动状态。
4.根据权利要求1所述的新一代高容量双电解液铝空气微流体电池，其特征在于：所述强碱有机溶液为氢氧化钾有机溶液、氢氧化钠有机溶液或氢氧化锂有机溶液中的任意一种。
5.根据权利要求4所述的新一代高容量双电解液铝空气微流体电池，其特征在于：所述强碱有机溶液中的溶剂为甲醇。
6.根据权利要求4所述的新一代高容量双电解液铝空气微流体电池，其特征在于：所述强碱有机溶液的浓度为1～6mol/L。
7.根据权利要求1所述的新一代高容量双电解液铝空气微流体电池，其特征在于：所述强碱水溶液为氢氧化钾水溶液、氢氧化钠水溶液或氢氧化锂水溶液中的任意一种。
8.根据权利要求7所述的新一代高容量双电解液铝空气微流体电池，其特征在于：所述强碱水溶液的浓度为1～6mol/L。
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