TW201327978A - 電能產生裝置及其陰極 - Google Patents

Abstract

一種電能產生裝置，包含一容置槽、一陽極，及一陰極。該容置槽用於存放電解液，該陽極是設於該容置槽內，該陰極包括一本體，及一設於該本體上的包覆網，該包覆網具有多數網格。藉由於該包覆網將該本體包覆，使該本體不易剝落、被侵蝕，能延長該陰極的使用壽命，提升電能產生裝置的耐久性。本發明電能產生裝置之陰極包含一本體，及一包覆在該本體上並具有多數網格的包覆網，藉由該包覆網降低該本體與電解液的反應面積與速率，提升陰極的使用時間。

Description

電能產生裝置及其陰極

本發明是有關於一種電能產生裝置及其電極，特別是指一種使用壽命長的電能產生裝置及其陰極。

參閱圖1、圖2，為現有的一鋅空氣電池，包含一鋅陽極板11、一與該鋅陽極板11間隔的空氣陰極板12，及一分佈在該鋅陽極板11與空氣陰極板12之間的電解液13。

該空氣陰極板12包括一集電網121、一設於該集電網121一側的透氣層122、一設於該集電網121另一側並與該電解液13接觸的觸媒層123，及二分別設於該透氣層122與該集電網121之間，及該集電網121與該觸媒層123之間的擴散層124。

當外界的空氣由該透氣層122依序進入該擴散層124、集電網121、擴散層124、觸媒層123，使得空氣中的氧分子能於電解液13充分反應，並配合鋅陽極板11、電解液13產生電化學反應，如此可在該鋅陽極板11、空氣陰極板12分別電連接一負載(圖未示)即會有電流的產生。

然而，由於該空氣陰極板12必須長時間浸泡於酸/鹼性電解液13中，該觸媒層123的整個表面受到電解液13的不斷侵蝕而如圖2所示逐漸減少，最終導致該集電網121外側所堆疊之擴散層124、觸媒層123剝落，使電化學反應的無法進行，嚴重影響該鋅空氣電池的放電效率。

因此，本發明之目的，即在提供一種延長使用壽命的電能產生裝置。

於是，本發明電能產生裝置，包含一容置槽、一陽極及一陰極。

該容置槽用於存放電解液，該陽極是設於該容置槽內，該陰極是與該陽極間隔地設於該容置槽內，該陰極包括一本體，及一設於該本體上的包覆網，該包覆網具有多數網格。

再者，本發明之另一目的，即在提供一種不易剝落、使用時間長的電能產生裝置之陰極。

於是，本發明電能產生裝置之陰極，該電能產生裝置包含一用於進行電化學反應的電解液，該陰極包含一本體，及一包覆網。該包覆網包覆在該本體上並具有多數網格，該包覆網不與該電能產生裝置之電解液反應。

本發明之功效在於：藉由該包覆網將該本體包覆，使該本體不易剝落、被侵蝕，能延長該陰極的使用壽命，提升電能產生裝置的耐久性。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之二個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

在本發明被詳細描述之前，要注意的是，在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖3與圖4，為本發明電能產生裝置2之第一較佳實施例，包含一用於存放電解液31的容置槽3、一設於該容置槽3內的陽極4，及一與該陽極4間隔地設於該容置槽3內的陰極5。

在本較佳實施例中，是以金屬空氣電池作說明，該陰極5包括一本體50，及一設於該本體50上的包覆網6。該陰極5的本體50包括一集電層51、一設於該集電層51一側的透氣層52、一設於該集電層51另一側的觸媒層53，及二擴散層54，該等擴散層54分別設於該透氣層52與集電層51之間，及該集電層51與該觸媒層53之間。

另外，該包覆網6具有多數網格61，並包覆在該透氣層52與觸媒層53外，在本實施例中，該包覆網6的材料是不會和該電解液31反應的二氧化矽並以沉積法而製成，但也可以是如碳化矽化合物、或氮化矽化合物沉積而成。較佳地，該包覆網6遮蔽於該觸媒層53的面積係不大於觸媒層53與電解液31反應的面積的25%，以免影響觸媒層53的面積被過度遮蔽而影響與電解液31的反應，而該觸媒層53又能受到該包覆網6的限制，不會整片剝落而延長使用壽命，另外，該包覆網6的網格61除了如圖4所示是四邊形外，也可以是如圖6所示是呈蜂巢狀或是如圖7所示的是呈柵欄狀。而在如圖4所示的例子，該包覆網6是包覆於整個本體50的外表面，當然根據製造方式，該包覆網6也可以是呈上下包覆該觸媒層53的態樣。

使用上同樣是利用該觸媒層53與該電解液31接觸，令該透氣層52與外界的空氣接觸，此時外界的空氣即會經過該透氣層52、擴散層54、集電層51、擴散層54至該觸媒層53，而外界空內中的氧氣即過滲入該觸媒層53，並配合電解液31、陽極4即會產生電化學反應，如此將一負載(圖未示)分別電連接該陽極4、陰極5即會有電流的產生，使該負載能作動。

參閱圖5，長時間使用後，該電解液31會逐漸侵蝕該觸媒層53，但受到該包覆網6的遮蓋，且包覆網6是不與該電解液31相反應的材料，所以該觸媒層53僅有在該包覆網6之網格61間的局部表面會開始被侵蝕，因此被侵蝕的面積減少，侵蝕的速度相對即會變慢，除此之外，該觸媒層53受到該包覆網6的限制，不會整片剝落而造成立即的失效。

參閱圖3，經發明人實際測試，以鋅板為陽極4，氫氧化鉀水溶液作電解液31，濃度為5M的條件下，比較本較佳實例與習知金屬空氣電池，在開迴路電壓變化圖(即圖8)、電壓電流性能曲線圖(即圖9)可看出差異性並不大，表示雖然該包覆網6遮蔽了部分該觸媒層53的表面積，但對金屬空氣電池的性能影響很小，配合參閱圖10、圖11為放電測試之電壓變化圖，其中圖10是在100mA定電流放電測試，圖11是在300mA定電流放電測試，由實驗結果可以看出，在放電初期本較佳實施例與習知金屬空氣電池沒有太大變動差異，但是在放電後期可以發現習知的空氣陰極之電壓壓降明顯大於本較佳實施例，且在較大電流放電時更為明顯，表示習知金屬空氣電池經一段時間的使用後，電壓會大幅快速地衰減至零，而本較佳實施例的壓降則相對緩慢，能夠使用更長的時間。

參閱圖12，為本發明電能產生裝置2之第二較佳實施例，與第一較佳實施例大致相同，在本較佳實施例中，是以一般電瓶(即鉛酸蓄電池)的態樣作說明，同是在該陰極5的本體50上形成該包覆網6，與第一較佳實施例有相同的功效，能夠減緩該陰極5之本體50被該電解液31侵蝕的速度，進而延長該電能產生裝置2的使用壽命，較佳地，該包覆網6遮蔽於該本體50的面積係不大於該本體50與電解液31反應的面積的25%。

綜上所述，本發明電能產生裝置2藉由該包覆網6包覆該本體50，減少該陰極5之本體50與電解液31的接觸面積，能夠藉此減慢該陰極5被該電解液31侵蝕的速度，進而延長電能產生裝置2的使用壽命，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

2．．．電能產生裝置

3．．．容置槽

31．．．電解液

4．．．陽極

5．．．陰極

50．．．本體

51．．．集電層

52．．．透氣層

53．．．觸媒層

54．．．擴散層

6．．．包覆網

61．．．網格

圖1是一示意圖，說明現有的一鋅空氣電池；

圖2是一示意圖，說明圖1中該鋅空氣電池的一空氣陰極板被侵蝕的態樣；

圖3是一剖視圖，說明本發明電能產生裝置之第一較佳實施例；

圖4是一立體示意圖，說明該第一較佳實施例的一陰極的態樣；

圖5是一剖視圖，說明該陰極受到侵蝕的態樣；

圖6是一示意圖，說明該第一較佳實施例的一包覆網的另一種態樣；

圖7是一示意圖，說明該第一較佳實施例的一包覆網的另一種態樣；

圖8是一數據圖，說明比較習知金屬空氣電沲與該第一較佳實施例的開迴路電壓變化圖；

圖9是一數據圖，說明比較習知金屬空氣電沲與該第一較佳實施例的電壓電流性能曲線圖；

圖10是一數據圖，說明比較習知金屬空氣電沲與該第一較佳實施例的定電流100mA放電測試之電壓變化圖；

圖11是一數據圖，說明比較習知金屬空氣電沲與該第一較佳實施例的定電流300mA放電測試之電壓變化圖；及

圖12是一示意圖，說明本發明電能產生裝置之第二較佳實施例。

2．．．電能產生裝置

3．．．容置槽

31．．．電解液

4．．．陽極

5．．．陰極

50．．．本體

51．．．集電層

52．．．透氣層

53．．．觸媒層

54．．．擴散層

6．．．包覆網

Claims (10)

1. 一種電能產生裝置，包含：一容置槽，用於存放電解液；一陽極，設於該容置槽內；及一陰極，與該陽極間隔地設於該容置槽內，該陰極包括一本體，及一設於該本體上的包覆網，該包覆網具有多數網格。
2. 根據申請專利範圍第1項所述的電能產生裝置，其中，該陰極的本體包括一集電層、一設於該集電層一側的透氣層、一設於該集電層另一側的觸媒層，及二擴散層，該等擴散層分別設於該透氣層與集電層之間，及該集電層與該觸媒層之間，該包覆網包覆在該透氣層與觸媒層外。
3. 根據申請專利範圍第1項所述的電能產生裝置，其中，該陰極的本體包括一集電層、一設於該集電層一側的透氣層、一設於該集電層另一側的觸媒層，及二擴散層，該等擴散層分別設於該透氣層與集電層之間，及該集電層與該觸媒層之間，該包覆網包覆在該觸媒層。
4. 根據申請專利範圍第2項所述的電能產生裝置，其中，該包覆網遮蔽於該觸媒層的面積係不大於該觸媒層與該電解液反應的面積的25%。
5. 根據申請專利範圍第1項所述的電能產生裝置，其中，該包覆網遮蔽於該本體的面積係不大於該本體與該電解液反應的面積的25%。
6. 根據申請專利範圍第1至4項中任一項所述的電能產生裝置，其中，該包覆網的材質是選自二氧化矽、碳化矽化合物或氮化矽化合物，並以沉積法而製成。
7. 根據申請專利範圍第1至4項中任一項所述的電能產生裝置，其中，該包覆網的網格是四邊形或蜂巢狀。
8. 一種電能產生裝置之陰極，該電能產生裝置包含一用於進行電化學反應的電解液，該陰極包含：一本體；及一包覆網，包覆在該本體上並具有多數網格，該包覆網不與該電能產生裝置之電解液反應。
9. 根據申請專利範圍第8項所述的電能產生裝置之陰極，其中，該包覆網的材質是選自二氧化矽、碳化矽化合物或氮化矽化合物，並以沉積法製成。
10. 根據申請專利範圍第8或9項所述的電能產生裝置之陰極，其中，該包覆網遮蔽於該本體的面積係不大於該本體與該電解液反應的面積的25%。