CN215418236U

CN215418236U - 一种空气电池正极

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Publication number: CN215418236U
Application number: CN202120579363.0U
Authority: CN
Inventors: 曹梅君
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-03-22
Filing date: 2021-03-22
Publication date: 2022-01-04
Anticipated expiration: 2031-03-22

Abstract

本实用新型提供一种空气电池正极，包括正极容器，所述正极容器包括正极容器腔体及与所述正极容器腔体连通的腔口；封闭所述腔口的防水透气膜；填充在所述正极容器腔体内的正极体，所述正极体由若干根丝状的正极分体构成；填充在所述正极容器腔体内的电解液及与所述正极体连通的正极引出线。与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：正极采用丝状的形式分布在腔体中，在使用时，空气更易在腔体中进行分散，在保证效果的同时进一步降低了原料成本。

Description

一种空气电池正极

技术领域

本实用新型涉及电池领域，具体涉及一种空气电池正极。

背景技术

空气电池中正极结构是十分重要的组成部分，直接影响电池的工作效率。现有的正极采用的多孔结构的材质进行制备，且现有的研究方向采用多孔结构材质的研发。

但是，在将多孔材质作为催化剂应用中正极结构时，往往采用简单的填充，这使得气体在由多孔物质制备的正极中无法充分扩散，导致反应率过低，其使用受到相应的限制，而开发新的材质成本消耗过大。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种空气电池正极。

具体技术方案如下：

一种空气电池正极，其不同之处在于，包括：

正极容器，所述正极容器包括正极容器腔体及与所述正极容器腔体连通的第一腔口与第二腔口，所述第一腔口采用包括防水透气膜的封闭件封闭，气体通过防水透气膜进入所述第一腔口；

填充在所述正极容器腔体内的正极体，所述正极体由若干根丝状的正极分体构成且可从所述第二腔口取出；

填充在所述正极容器腔体内的电解液；

及

与所述正极体连通的正极引出线，所述正极引出线的一端置于所述正极容器腔体的外部；

其中，所述空气电池正极以氧气和水为原料进行还原反应。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：正极体采用丝状的形式分布在腔体中，在使用时，空气更易在腔体中进行分散，在保证效果的同时进一步降低了原料成本。

进一步，所述正极体的正极分体彼此分离。

采取上述进一步技术方案的有益效果在于：避免气体通道的堵塞，更有利于反应气体的扩散。

进一步，所述防水透气膜材质为聚四氟乙烯。

进一步，所述空气电池正极还包括与所防水透气膜连通的气泵。

采取上述进一步技术方案的有益效果在于：空气通过气泵进入正极容器腔体中，可进一步加速气体的扩散，提高反应速率。

进一步，所述封闭件包括设于所述第一腔口处的防水透气膜及设于所述防水透气膜下方的气体腔体，所述气泵与所述气体腔体连接。

进一步，所述封闭件还包括封闭件本体，所述封闭件本体开设有若干个通孔，所述防水透气膜设于所述通孔处，所述通孔与所述气泵之间通过管道连接。

进一步，所述正极分体包括导电基体及覆盖所述导电基体外的电极金属层，所述电极金属催化层的材质为Ag。

进一步，所述导电基体与所述电极金属层之间还包括负载催化剂层，所述负载催化剂层以石墨化活性炭或石墨烯为负载层，负载二氧化锰、单质纳米银粉、钙钛矿型氧化钴或铂的中一种或多种。

采取上述进一步技术方案的有益效果在于：使用催化剂层，加快反应速率，配合丝状结构，使其在正极反应体系中，催化剂大比表面积分布，由于正极主体的比表面积大，即催化剂的表面积越大，这样利于形成固液气三相界面，三相界面越多，越有利于氧气和水被还原为OH^-离子。

进一步，所述正极分体为弯曲丝状结构。

采取上述进一步技术方案的有益效果在于：可进一步增大催化剂的表面积。

进一步，所述空气电池正极还包括与所述防水透气膜连通的CO^2-吸收装置。

采取上述进一步技术方案的有益效果在于：设置二氧化碳去除容器是为阻止二氧化碳进入正极电解液中生成碳酸根离子，而碳酸根离子会影响催化剂的效率，使催化剂中毒。

进一步，所述CO^2-吸收装置内装有碱性物质。

进一步，所述气泵连接在所述CO^2-吸收装置与所述正极容器之间。

进一步，所述气泵与驱动电源连接。

进一步，所述驱动电源包括外置电源。

进一步，所述驱动电源为外置电源及包括上述正极的空气电池。

进一步，所述空气电池正极还包括集电金属框架，所述集电金属框架在所述正极容器腔体内，连接在所述正极引出线与所述正极体之间。

采取上述进一步技术方案的有益效果在于：电子通过集电金属框架导出，可以加快导电速率。

进一步，所述集电金属框架的材质为Cu。

附图说明

图1为实施例1一种空气电池正极的剖视图；

图2为实施例1一种空气电池正极的结构图；

图3为实施例1一种正极容器结构图；

图4为图3一种正极容器腔体仰视图；

图5为实施例1一种正极容器结构图；

图6为图5封闭件仰视图；

图7为实施例1一种空气电池正极的结构图；

图8为正极分体结构图；

其中，正极-A，负极-B，正极容器-1，正极容器腔体-101，第一腔口-1011, 第二腔口-1012，气泵-2，CO₂吸收装置-3，外置电源-4，碱性物质-301，启动开关-5，正极体-6，正极分体-601，电解液-7，正极引出线-8，集电金属框架-9，封闭件-10，防水透气膜-1001，气体腔体-1002，封闭件本体-1003，通孔-10031，通气管-1004，电流感应器-11。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

实施例1

本实施例提供一种空气电池正极A，如图1所示，

包括：正极容器1，正极容器1包括正极容器腔体101及与正极容器腔体101连通的第一腔口1011及第二腔口1012，第一腔口1011采用包括防水透气膜1001的封闭件10封闭，气体从防水透气膜进入腔口1011，正极容器腔体101内填充有电解液7，在本实施例中，防水透气膜10的材质采用聚四氟乙烯材质制备。填充在正极容器腔体101内的正极体6，正极体6由若干根丝状的正极分体601构成，可从第二腔口1012每根正极分体的结构一致，正极体6与正极引出线8连通，正极引出线8的一端置于正极容器腔体101 的外部；

在本实施中，正极A可进行以氧气为原料进行还原反应，其具体反应式如式I所示，在满足基本反应的前提下，其正极体材质及电解液原料不作限定，均为本领域已知成分，在本实施中，电解液可为碱液(NaOH、KOH)。

在正极进行的反应式为：

正极的反应式为：

为减少后续的装配程序，可采用便于OH^-的通过的阴离子交换膜1013 安装在第二腔口1012处。阴离子交换膜1013也可在后续使用时进行装配。

为进一步提高气体在正极容器腔体101中的扩散速度，如图2～图6所示，气泵2采用电动气泵，采用驱动电源启动，可以完全采用外置电源，也可以采用外置电源与内置电源相结合的方式，在本实施例中，采用含负极B及本实施例正极A的内置电源与外置电源4共同作为气泵2的驱动电源，在本实施例中，锂电池作为外置电源4，其具体连接方法如下：

将气泵2分别与外置电源4与含本实施例正极的电池连接，与外置电源的连接通路设置启动开关5，与含本实施例正极A的电池的通路设置电流感应器11，电流感应器11与启动开关5连接，气泵2所需的功率远小于含本实施例正极的电池的供电功率。

其中，负极B是以金属为原料，与正极A共同构成电化学反应。

在本实施例中，负极B进行的反应为：

Al-3e→Al³⁺

Al³⁺+4OH^-→AlO₂ ^-+2H₂O；

基于上述反应机理，负极结构与负极电解液为本领域常规选择。

如图3～图4所示，在本实施例中，采用气泵2将气体压入正极容器腔体 101，具体地，封闭件10由气体腔体1002及防水透气膜1001构成，防水透气膜封闭整个腔口，气体腔体置于防水透气膜的下方，气体腔体1002外层设置通孔(图中未示出)，气泵2与气体腔体102连通。

或者，如图5～图6所示，封闭件10由封闭件本体1003及防水透气膜 1002构成，封闭件本体开设有若干通孔10031，防水通气膜设于通孔处，通孔10031与气泵2之间用通气管1004连通。

在本实施例中，正极分体601之间尽量不粘粘，来保证反应气体在正极容器腔体中的分散。为提高反应速度，本实施例中，如图8所示，正极分体 601采用三层结构：从里到外依次包括导电基体6011，负载催化剂层6012 及电极金属催化层6013，更具体地，导电集体采用高导电材质，电极金属催化层采用Ag材质为主，负载催化剂层采用以石墨化活性炭为负载材料，负载MnO₂、单质纳米银粉等多种制备而成。

为进一步增大负载催化剂及电极金属催化剂的负载表面积，在本实施中，正极分体601可为弯曲丝状结构。

如图7所示，在本实施例中，气泵2的进气端与CO₂吸收装置3连接， CO₂吸收装置3内置碱性物质301(NaOH、KOH等)，使进入正极容器腔体 101进行反应的气体先去除CO₂，避免使其进入电解液生成碳酸根，引起催化剂中毒。

为进一步加快导电速度，在本实施中，正极容器腔体101内设置集电金属框架9，正极引出线8与集电金属框架9连接，进一步，集电金属框架9 采用Cu材质。

本实施例空气电池正极使用方法：接通外置电源4与气泵2通路，使气体经过气体腔102进入正极容器腔体101，空气中的氧气分散进入电解液7 进行正极反应，电流感应器11感应其达到预定电流后，断开启动开关，由本电源为气泵2供电。

上述装置均为现有设备，市场购买可得。

对比例1

将采用实施例1相同的材质相同制备的负载催化剂层，在表面涂覆与实施例相同厚度的Ag，直接填充在图1所示的正极容器中，整个催化剂的体积1dm³，容器中的电解液及所连接的负极也均与实施例1相同。

实施例3

将图1所示的正极，图2所示的正极、图3所示的正极及对比例1的电极进行放电电压测试实验，其中，与图1结构搭配的负极与图2及图7中的负极相同，上述正极结构中的催化剂体积为1dm³，且其余条件一致，统计放电电压及持续使用7天后的峰值功率。

检测结果如表1所示。

表1 放电电压测试结果

正极类型	电压(V)	峰值功率(W)
			图1正极	0.1	0.03
图2正极	1.02	29
			图7正极	1.21	42
对比例1正极	0.08	0.02

从表1可以看出，实施例1相较于对比例1，采用丝状作为正极主体，其放电电压明显高于普通填充的正极结构电池。

同时，申请人研究团队采用气泵进一步加大气体的扩散速率，也对进一步提高放电电压起着至关重要的作用。

而采用CO₂吸收装置吸收空气中的CO₂，则可以防止催化剂中毒，进一步提高催化效率，也对提高放电电压有着促进作用。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种空气电池正极，其特征在于，包括：

正极容器，所述正极容器包括正极容器腔体及与所述正极容器腔体连通的第一腔口与第二腔口，所述第一腔口采用包括防水透气膜的封闭件封闭，气体通过所述防水透气膜进入所述第一腔口；

填充在所述正极容器腔体内的电解液；

及

与所述正极体连通的正极引出线，所述正极引出线的一端置于所述正极容器腔体的外部。

2.根据权利要求1所述的空气电池正极，其特征在于，所述空气电池正极还包括与所述防水透气膜连接的气泵。

3.根据权利要求2所述的空气电池正极，其特征在于，所述空气电池正极还包括与所述防水透气膜连通的CO₂吸收装置。

4.根据权利要求3所述的空气电池正极，其特征在于，所述气泵连接在所述CO₂吸收装置与所述正极容器之间。

5.根据权利要求1所述的空气电池正极，其特征在于，所述正极分体包括导电基体及覆盖在所述导电基体外的电极金属层。

6.根据权利要求5所述的空气电池正极，其特征在于，所述导电基体与所述电极金属层之间还包括负载催化剂层。

7.根据权利要求2所述的空气电池正极，其特征在于，所述气泵与驱动电源连接。

8.根据权利要求5所述的空气电池正极，其特征在于，所述电极金属层的材质为Ag。

9.根据权利要求1所述的空气电池正极，其特征在于，所述空气电池正极还包括集电金属框架，所述集电金属框架在所述正极容器腔体内部，连接在所述正极引出线与所述正极体之间。

10.根据权利要求9所述的空气电池正极，其特征在于，所述集电金属框架的材质为Cu。