帶有空氣電極和金屬電極的電池制造技術(shù)

本實(shí)用新型專利技術(shù)涉及一種帶有空氣電極和金屬電極的電池，其由多個(gè)交錯(cuò)連接的元件構(gòu)成，用于利用電解液進(jìn)行電化學(xué)發(fā)電。為了明顯改善容量和重量的比率，用管(2)構(gòu)成第一內(nèi)部元件(1)，所述管(2)由帶孔的、耐電解液的材料制成，在所述管(2)中構(gòu)造用于電解液(4)的空腔(3)，在所述管(2)的外部圍繞作為第一電極(6)的電集流體(5)，在所述電集流體(5)的外部緊密貼合隔膜(7)，在所述隔膜(7)外側(cè)包覆作為第二電極(9)的空氣電極(8)。（*該技術(shù)在2022年保護(hù)過期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本技術(shù)涉及一種由多個(gè)交錯(cuò)連接的管狀元件構(gòu)成的利用電解液進(jìn)行電化學(xué)發(fā)電的帶有空氣電極和金屬電極的電池。
技術(shù)介紹
根據(jù)DE 10 2009 035 314 B4，公開了一種含有液體電解質(zhì)的氧化還原液流型的空氣-金屬-電池以及一種通過使用所述氧化還原液流型的空氣-金屬-電池產(chǎn)生電能的方法。所述電池包括兩個(gè)管狀元件，在所述兩個(gè)管狀元件之間構(gòu)成的用于流體態(tài)電解質(zhì)的空腔，以及兩個(gè)設(shè)置在所述管狀元件上的電極。通常，用以發(fā)電的空氣-金屬單電池為平面膜。與此相反，在上文所述的氧化還原液流型電池管使用圓柱形面，因?yàn)橛纱烁欣谖镔|(zhì)傳輸，而且機(jī)械構(gòu)造可以得以簡化。從而，得到在電效率方面以及重量方面相對于平面的單電池或電池的優(yōu)勢，特別是當(dāng)將單電池微型化時(shí)。在這種情況下，容量比重量提高更多。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本技術(shù)的任務(wù)在于，實(shí)現(xiàn)一種由多個(gè)交錯(cuò)連接的管狀元件構(gòu)成的帶有空氣電極和金屬電極的電池，由所述電池明顯改善容量與重量的比率。為解決上述任務(wù)，本技術(shù)提供一種由多個(gè)交錯(cuò)連接的元件構(gòu)成的、利用電解液進(jìn)行電化學(xué)發(fā)電的帶有空氣電極和金屬電極的電池，其由多個(gè)交錯(cuò)連接的元件構(gòu)成，用于通過電解液進(jìn)行電化學(xué)發(fā)電。由管構(gòu)成的第一內(nèi)部元件，其由帶孔的、耐電解液的材料制成，在所述管中構(gòu)成的用于電解液的空腔，在所述管的外部圍繞作為金屬電極或第一電極的電集流體，在所述電集流體外部緊密貼合隔膜，和在所述隔膜外部包覆作為第二電極的空氣電極。本技術(shù)一種帶有空氣電極和金屬電極的電池，由具有在其內(nèi)部構(gòu)成的空腔的帶孔的管以及隔膜的組合，更有利于物質(zhì)傳輸，而且機(jī)械構(gòu)造得以簡化。從而，得到在電效率方面以及重量方面的優(yōu)勢，尤其是相對于平面的電池以及目前公知的管狀電池，特別是當(dāng)將所述電池微型化時(shí)。在這種情況下，容量比重量提高明顯更多。附圖說明圖1示出帶有空氣電極和金屬電極的電池的橫截面且圖2示出根據(jù)圖1所示的帶有空氣電極和金屬電極的電池部分軸截面。具體實(shí)施方式參見圖1和圖2，本技術(shù)為一種帶有空氣電極和金屬電極的電池，其由多個(gè)交錯(cuò)連接的元件構(gòu)成，用于通過電解液進(jìn)行電化學(xué)發(fā)電，為a)由管2構(gòu)成第一內(nèi)部元件1，其由帶孔的、耐電解液的材料制成；b)在所述管2中構(gòu)造用于電解液4的空腔3 ;c)在所述管2外部圍繞作為金屬電極6或第一電極6的電集流體5 ；d)在所述電集流體5外部緊密貼合隔膜7 ；e)在所述隔膜7外部包覆作為第二電極9的空氣電極8。此處第一內(nèi)部元件I由帶孔的耐電解液的材料制成的管2構(gòu)成，其中，引入直徑優(yōu)選為O.1cm至O. 9cm的孔或開口 10，此處，特別優(yōu)選直徑為O. 5cm。在管2中，構(gòu)造用于電解液4的空腔3。管2外部圍繞作為第一電極6的帶有電集流體5的金屬電極6。在金屬電極6或電集流體5外部緊密貼合隔膜7，隔膜7外側(cè)包覆作為第二電極9的空氣電極8。像紙一樣薄的隔膜7的設(shè)置通過如下完成卷住核心部分，所述核心部分由作為中心管的內(nèi)部管2、集流體5和金屬粉末或金屬粉塵構(gòu)成。管2由碳或聚合物制成。用作第一電極6的電集流體5由金屬格柵構(gòu)成，利用流體，特別是水，將金屬粉末或金屬粉塵涂敷在所述格柵中。中心的帶孔的管2的圓柱面11由導(dǎo)電的、螺旋形卷起的線構(gòu)成，所述線由銅或金制成。中心的 帶孔的管2的圓柱面11由銅或其它導(dǎo)電金屬箔制成的、特別是通過蝕刻工藝制成的網(wǎng)構(gòu)成。所述網(wǎng)的厚度為O. Olmm至O. 05mm。所述由管2、集流體5、隔膜7和空氣電極8構(gòu)成的復(fù)合結(jié)構(gòu)同心地交錯(cuò)配合并緊密地壓在一起。空氣電極8由多疊層系統(tǒng)組成，包括疏水的外層，例如由Teflon制成，具有極大內(nèi)部表面積的導(dǎo)電碳層和由導(dǎo)電金屬格柵或金屬網(wǎng)構(gòu)成的集流體層。所述的疏水外層是不吸水的，并優(yōu)選具有O. Olmm至O. 20mm范圍內(nèi)的厚度，特別優(yōu)選的厚度為O. 08mm。所述空氣電極在結(jié)構(gòu)上通常符合應(yīng)用于其它燃料電池的空氣電極的結(jié)構(gòu)。在層結(jié)構(gòu)中向內(nèi)接著是多孔的、離子滲透性隔膜7，所述隔膜7將空氣側(cè)和金屬側(cè)電隔離。可氧化的金屬粉末，此處為極細(xì)的金屬粉塵，對于金屬側(cè)，以及金屬電極6或集流體5是必要的。也能夠用可氧化的金屬化合物，例如金屬硼化物，以及硼，來代替金屬粉塵或金屬粉末。特別適合作為用于金屬電極的電極材料是鋅、硼化鈦、硼化釩、鋰和硼。集流體形成反應(yīng)器或電池的兩極。整個(gè)復(fù)合結(jié)構(gòu)用電解液4浸濕。作為用于集流體或隔膜的材料為較稀有的金屬，并特別優(yōu)選是貴金屬，以達(dá)到更好的對不希望發(fā)生的氧化過程的抗性，并由此整體提高電池的壽命。此外，本技術(shù)提供一種應(yīng)用所述帶有空氣電極和金屬電極的電池利用電解液進(jìn)行電化學(xué)發(fā)電的方法，其中通過將電解液噴入中心的內(nèi)部管中，并且通過將電解液經(jīng)由帶孔管的壁上的開口分布到在內(nèi)部管外的干燥金屬粉末中，將附著在金屬格柵上的金屬粉末潤濕。本技術(shù)涉及一種用于電化學(xué)發(fā)電的由管構(gòu)成的復(fù)合結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)能夠利用反應(yīng)性金屬充電。空氣中的氧借助優(yōu)選的堿性電解液氧化金屬，得以在帶有空氣電極和金屬電極的單電池或電池中通過電化學(xué)途徑產(chǎn)生電流。來自空氣中的氧被還原，為此，在堿性環(huán)境中由空氣中的氧形成的0H_離子從優(yōu)選的多層空氣電極中遷移出來，通過多孔的隔膜，并隨后通過電解液例如苛性鉀溶液，到達(dá)帶有集流體的金屬電極。空氣電極由多疊層系統(tǒng)組成，包括疏水的外層，例如由Teflon制成，具有極大的內(nèi)部表面積的導(dǎo)電碳層和由導(dǎo)電金屬格柵或金屬網(wǎng)構(gòu)成的集流體層。在層結(jié)構(gòu)中隨后是一個(gè)多孔的、離子滲透性隔膜，所述隔膜將空氣側(cè)與金屬側(cè)電隔離。金屬側(cè)設(shè)置以極細(xì)的金屬粉末或極細(xì)的金屬粉塵形式存在的可氧化的金屬，或可氧化的金屬化合物例如硼化物。此處，術(shù)語“可氧化的”特別指“冷燃燒”過程。作為可氧化的金屬或金屬化合物，特別使用鋅、鋰和硼，或硼化鈦和硼化釩。金屬電極具有集流體。所述集流體形成反應(yīng)器或電池的兩極。整個(gè)復(fù)合結(jié)構(gòu)用電解液浸濕。空氣電極的疏水外層盡可能薄，即優(yōu)選約為0. Olmm至0. 2_厚，特別優(yōu)選的厚度為0. 08_。隔膜優(yōu)選為帶孔的管，布置有多個(gè)供電解液透過的小孔，在此，孔的直徑優(yōu)選在0.1cm至0. 9cm范圍內(nèi)，特別優(yōu)選為0. 5cm。根據(jù)本技術(shù)所述的帶有空氣電極和金屬電極的電池功能上由被多孔隔膜隔開的圓柱狀空氣電極和金屬電極構(gòu)成，并且離子電流通過電解液，特別是堿性電解液如苛性鉀溶液，在它們之間流過。其效能取決于決定離子流的參與成員以及結(jié)構(gòu)。集電累積在金屬電極和空氣電極中。在此，為了對電池充電，將電解液噴射入或通過管泵入由碳或聚合物制成的帶孔的、耐電解液的內(nèi)部管。所述管構(gòu)成用于電解液的空腔并且確保在任意時(shí)間點(diǎn)的可充電性。所述管被由導(dǎo)線或金屬格柵構(gòu)成的電集流體圍繞。用水或其它適合的流體將金屬粉末或金屬粉塵涂敷在格柵中。圍繞金屬粉塵同心地貼合隔膜，其外部包覆空氣電極。將所述復(fù)合結(jié)構(gòu)牢固地壓在一起。 對本技術(shù)特別重要的是電解液的進(jìn)入和引導(dǎo)。電解液填充在內(nèi)部空腔內(nèi)，并且通過帶孔的內(nèi)管壁上的開口，潤濕為氧化所準(zhǔn)備的金屬粉末或?yàn)檠趸鶞?zhǔn)備的金屬粉塵，所述金屬粉末或金屬粉塵沉積在中心的內(nèi)部管周圍。由此，非常有效地在很短的路徑上發(fā)生反應(yīng)。特別是在中心的內(nèi)部管的外側(cè)作為干燥金屬粉末或金屬粉塵形式引入的金屬層，帶來了根據(jù)本技術(shù)的益處。因此，能夠?qū)㈦姵胤胖萌我忾L時(shí)間，直到需要時(shí)再充入電解液。由此本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種帶有空氣電極和金屬電極的電池，其由多個(gè)交錯(cuò)連接的元件構(gòu)成，用于通過電解液進(jìn)行電化學(xué)發(fā)電，其特征在于：a)由管(2)構(gòu)成第一內(nèi)部元件(1)，其由帶孔的、耐電解液的材料制成，b)在所述管(2)中構(gòu)造用于電解液(4)的空腔(3)，c)在所述管(2)外部圍繞作為金屬電極(6)或第一電極(6)的電集流體(5)，d)在所述電集流體(5)外部緊密貼合隔膜(7)，和e)在所述隔膜(7)外部包覆作為第二電極(9)的空氣電極(8)。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種帶有空氣電極和金屬電極的電池，其由多個(gè)交錯(cuò)連接的元件構(gòu)成，用于通過電解液進(jìn)行電化學(xué)發(fā)電，其特征在于a)由管(2)構(gòu)成第一內(nèi)部元件(I)，其由帶孔的、耐電解液的材料制成，b)在所述管(2)中構(gòu)造用于電解液(4)的空腔(3)，c)在所述管⑵外部圍繞作為金屬電極(6)或第一電極(6)的電集流體(5),d)在所述電集流體(5)外部緊密貼合隔膜(7)，和e)在所述隔膜(7)外部包覆作為第二電極(9)的空氣電極(8)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池，其特征在于所述管(2)由碳或由聚合物制成。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電池，其特征在于用作第一電極(6)的電集流體(...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：貝恩德赫爾穆特·克羅普林，
申請(專利權(quán))人：新能源動(dòng)力科技有限公司，
類型：實(shí)用新型
國別省市：