專利名稱：一種采用折疊式電極的電池裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及氣體電極的電池或燃料電池。
背景技術(shù)：
電池或燃料電池氣體電極的電化學(xué)反應(yīng)要求在氣液固三相共存的條件下進(jìn)行。目前普遍使用的氣體電極為氣體擴(kuò)散電極，通常由多孔材料制成。據(jù)《燃料電池》(冶金工業(yè)部出版社，2002年，北京，p42-45)介紹，多孔電極至少分做兩層，高度疏水的多孔氣體擴(kuò)散層和電解液潤(rùn)濕薄層，在二者之間還裝有催化材料，并發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)；電極的一側(cè)面向電解液，另一側(cè)面向氣體。由于毛管力的作用，在多孔電極內(nèi)形成三相界面。雖然這種電極使用較為普及，但仍存在三個(gè)問(wèn)題，其一，因其工藝復(fù)雜，電極制造難以產(chǎn)業(yè)化；其二，多孔電極內(nèi)的氣液輸運(yùn)阻力較大，所以不能在大電流下工作；其三，長(zhǎng)期工作后，一些雜質(zhì)堵塞孔洞，使多孔電極內(nèi)的氣液輸運(yùn)更加困難。
技術(shù)內(nèi)容本發(fā)明提出一種采用折疊式電極的電池裝置，電極制作簡(jiǎn)單并可以在大電流條件下長(zhǎng)期工作。
這種采用折疊式電極的電池裝置，包括氣體電極1及正極引出線6、儲(chǔ)液槽2、電解液3、負(fù)極反應(yīng)物質(zhì)4及負(fù)極引出線5；其特征在于所述氣體電極1是將電極材料薄片彎折成波紋板形狀或由多個(gè)裁剪成長(zhǎng)條狀的電極材料薄片按一定間隙固定而成的折疊式電極1；折疊式電極1極板的一部分浸泡在電解液3中，或?qū)⒄郫B式電極1固定在固體電解質(zhì)隔膜8上。
所述折疊式電極1與電解液3形成的三相界面7或與固體電解質(zhì)隔膜8形成的交接面9即為電極工作面。
與現(xiàn)有由多孔材料制成的氣體擴(kuò)散電極的電池相比較，本發(fā)明采用折疊式氣體電極的電池裝置有三大優(yōu)點(diǎn)第一、形成的三相界面不在多孔電極內(nèi)，直觀明了，便于準(zhǔn)確測(cè)量評(píng)價(jià)，便于批量生產(chǎn)；第二、因?yàn)檎郫B式電極1與電解液3形成的三相界面7上的氣液傳輸不在多孔介質(zhì)內(nèi)進(jìn)行，其氣液傳輸速度遠(yuǎn)大于在多孔電極的多孔介質(zhì)內(nèi)進(jìn)行的氣液傳輸速度；實(shí)驗(yàn)表明，大電流工作狀態(tài)下，其性能明顯優(yōu)于多孔電極；第三，電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中形成的生成物或其他雜質(zhì)堵塞電極孔洞后，不影響氣液傳輸。


圖1為采用波紋板形狀折疊式電極的電池結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為采用百葉窗形狀折疊式電極的電池結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為固定在固體電解質(zhì)隔膜上的折疊式電極的電池結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合

本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。
實(shí)施例1本實(shí)施例以鋅--空氣單電池來(lái)說(shuō)明本發(fā)明折疊式電極電池的工作方式將可用于電池空氣極或燃料電池氣體電極的電極材料制成薄板，本實(shí)施例中的折疊式電極1具體采用200目以上的活性碳、乙炔黑，經(jīng)聚四氟乙烯調(diào)和并碾壓在鎳網(wǎng)上，制成0.4至1毫米的薄電極，再?gòu)澱鄢扇鐖D1中所示的波紋板形狀的氣體電極1。
構(gòu)成電池時(shí)，正極空氣極采用折疊式電極1，將其固定安裝在電池儲(chǔ)液槽2內(nèi)，使之部分浸沒(méi)在電解液3中、部分與空氣接觸，并將正極引出線6與折疊式電極1相連后引出；負(fù)極反應(yīng)物質(zhì)4使用鋅粉或鋅皮，負(fù)極引出線5和負(fù)極反應(yīng)物質(zhì)4相連并引出。
要使電池工作時(shí)，向電池儲(chǔ)液槽2內(nèi)注入20--40％重量濃度的KOH溶液至淹沒(méi)折疊式電極1的一部分，則每個(gè)折疊面的正反面各有一條電解液水位線成為可供電化學(xué)反應(yīng)的三相界面7。將折疊式電極1和正極引出線6、負(fù)極引出線5和負(fù)載連接，電池即可放電。氣體和液體在這種電極結(jié)構(gòu)下的傳輸速度比在多孔介質(zhì)內(nèi)更快。本折疊式電極1計(jì)量反應(yīng)空間即可以折疊面與電解液3交接水位線即三相界面7的總長(zhǎng)度計(jì)量。這樣，在工程制造上便于更加準(zhǔn)確直觀地進(jìn)行設(shè)計(jì)。
若將本實(shí)施例中制作折疊式電極1所用的電極材料制成的薄板，平鋪在電解液上，大功率恒流放電在100mA/cm2時(shí)，電池工作一小時(shí)后電壓明顯下降；而將該薄電極制成本發(fā)明的折疊式電極1并設(shè)置成本實(shí)施例如圖1所示的電池結(jié)構(gòu)時(shí)，在其他條件不變的情況下，本實(shí)施例電池的輸出電壓可連續(xù)穩(wěn)定直至金屬鋅完全消耗為止，由此可見(jiàn)本發(fā)明中的折疊式電極的優(yōu)點(diǎn)。
實(shí)施例2將實(shí)施例1中所述制作折疊式電極1用的電極材料制成的薄板裁剪成若干條形電極片，本實(shí)施例中使用了40片長(zhǎng)×厚×寬為150×1×15(mm)的條形電極片，按1-3mm間隙依次將條形電極疊式固定，制成如圖2中所示的百葉窗形狀的折疊式電極1并和電極引出線6連接起來(lái)。
將折疊式電極1浸入電解液3，水位線淹沒(méi)至條形電極的一部分，形成可供電化學(xué)反應(yīng)的三相界面7。其他與實(shí)施例1相同，設(shè)置成如圖2所示的電池結(jié)構(gòu)。采用這種百葉窗形狀的折疊式電極1便于制造大型電極，便于電池安裝，且電池運(yùn)行穩(wěn)定，使用壽命長(zhǎng)。
實(shí)施例3本實(shí)施例以質(zhì)子交換膜燃料電池為例來(lái)說(shuō)明采用折疊式電極固定在固體電解質(zhì)隔膜上的電池裝置的工作方式。
如圖3所示，本實(shí)施例中氫電極10和氧電極11的材料是用鉑碳催化劑與聚四氟乙烯混合后碾壓在鎳網(wǎng)或銀網(wǎng)上的薄片；氫電極10和氧電極11均彎折成波紋板形狀的折疊式電極式樣，并固定安置在質(zhì)子交換膜即固體電解質(zhì)隔膜8上。本實(shí)施例中，氫電極10和氧電極11與質(zhì)子交換膜8之間的交接面9是電極的工作界面。若將氫電極10和氧電極11分別通過(guò)導(dǎo)線與負(fù)載相連，電池即可放電。
本實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明的折疊式電極1既可以用于采用氣體作為反應(yīng)物的電池正極，也可以用作電池負(fù)極。
實(shí)施例4本實(shí)施例以堿性氫氧燃料電池為例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明采用折疊式電極電池裝置的工作方式。
本實(shí)施例采用折疊式電極電池裝置也可用圖3來(lái)表示，只是在氫電極10和氧電極11之間放置的固體電解質(zhì)隔膜8是浸滿KOH溶液的石棉隔膜8，所述氫電極10采用鍍金鎳網(wǎng)；所述氧電極11是由鎳網(wǎng)和用鍍鉑碳粒與聚四氟乙烯混合后制成的催化層碾壓而成的薄片；氫電極10和氧電極11均做成如圖1中所示的波紋板形狀的折疊式電極1的式樣，氫電極10和氧電極11與隔膜8之間的交接面9是電極工作的三相界面。若將氫電極10和氧電極11分別通過(guò)導(dǎo)線與負(fù)載相連，電池即可放電。
權(quán)利要求
1.一種采用折疊式電極的電池裝置，包括氣體電極及正極引出線、儲(chǔ)液槽、電解液、負(fù)極反應(yīng)物質(zhì)及負(fù)極引出線；其特征在于所述氣體電極是將電極材料薄片彎折成波紋板形狀而成；其極板的一部分浸泡在電解液中。
2.如權(quán)利要求1所述采用折疊式電極的電池裝置，特征在于所述氣體電極是由多個(gè)裁剪成長(zhǎng)條狀的電極材料薄片按一定間隙固定而成。
3.如權(quán)利要求1所述采用折疊式電極的電池裝置，特征在于所述折疊式電極固定在固體電解質(zhì)隔膜上。
全文摘要
本發(fā)明采用折疊式電極的電池裝置，包括氣體電極及正極引出線、儲(chǔ)液槽、電解液、負(fù)極反應(yīng)物質(zhì)及負(fù)極引出線；特征是所述氣體電極是將電極材料薄片彎折成波紋板形狀或由多個(gè)裁剪成長(zhǎng)條狀的電極材料薄片按一定間隙固定而成；其極板的一部分浸泡在電解液中，或?qū)⒄郫B式電極固定在固體電解質(zhì)隔膜上；電極與電解液形成的三相界面或與固體電解質(zhì)隔膜形成的交接面即為電極工作面；該折疊式電極便于準(zhǔn)確測(cè)量評(píng)價(jià)，氣液傳輸速度快，并可以在大電流條件下長(zhǎng)期工作；電極制作簡(jiǎn)單，便于批量生產(chǎn)。
文檔編號(hào)H01M4/86GK1510776SQ0215727
公開(kāi)日2004年7月7日 申請(qǐng)日期2002年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月25日
發(fā)明者徐獻(xiàn)芝, 梁振輝, 趙福海, 蔡傳緹, 徐大華, 孫建平 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué), 合肥諾吉科貿(mào)有限責(zé)任公司