本實(shí)用新型涉及鋁空氣電池的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種便攜式高效鋁氧動(dòng)力電池。

背景技術(shù)：

目前市面上使用的一次性電池能量密度低、電壓不穩(wěn)定、使用壽命短；隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)電池的要求也越來越高，近年來隨著無人機(jī)市場(chǎng)的快速發(fā)展，現(xiàn)有的電池已不能滿足市場(chǎng)的需求，而鋁-空氣電池是一種新型的具有高能量的化學(xué)電源，該類電池具備能量密度大、放電時(shí)間長(zhǎng)、電壓平穩(wěn)、安全性能好、無污染、材料來源廣泛、質(zhì)量輕等眾多優(yōu)點(diǎn)，因而在各種水下電源、便攜式電源、備用電源中已經(jīng)有較為廣泛的應(yīng)用。

另外，一次性鋁-空氣電池具有使用壽命較長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，因此在合理價(jià)格范圍內(nèi)，將會(huì)大量被用到移動(dòng)通訊設(shè)備中去。鋁-空氣電池符合電池行業(yè)的社會(huì)需求和發(fā)展趨勢(shì)，其應(yīng)用范圍也將會(huì)延伸到各種社會(huì)領(lǐng)域中去。然而，目前的鋁-空氣電池主要采用銀做催化劑，雖然催化活性很高，但是成本也很高，不適宜大規(guī)模生產(chǎn)；且所使用的電解液都為腐蝕性液體，不便于攜帶、貯存；鋁陽極在電解液中容易產(chǎn)生析氫反應(yīng)；氧催化電極通常是攝取空氣中的氧氣，限制了其應(yīng)用范圍。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述技術(shù)中存在的不足之處，本實(shí)用新型提供一種工藝簡(jiǎn)單、成本低廉以及電池重量輕的便攜式高效鋁氧動(dòng)力電池。

為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型一種便攜式高效鋁氧動(dòng)力電池，包括外殼、多塊上固定板、多塊下固定板、多塊氧催化電極、多塊鋁陽極以及多塊膠體電解質(zhì)片，所述多塊上固定板、多塊下固定板、多塊氧催化電極、多塊鋁陽極以及多塊膠體電解質(zhì)片均容置在外殼中，一塊上固定板與一塊下固定板圍合形成一個(gè)提供電化學(xué)反應(yīng)環(huán)境的電極反應(yīng)腔；

每個(gè)電極反應(yīng)腔中包括兩塊氧催化電極、兩塊膠體電解質(zhì)片以及一塊鋁陽極，每塊氧催化電極的一端設(shè)在上固定板上，每塊氧催化電極的另一端設(shè)在下固定板上，同一電極反應(yīng)腔中的兩塊氧催化電極分別固定在電極反應(yīng)腔的內(nèi)壁兩端，同一電極反應(yīng)腔中的鋁陽極固定在兩塊氧催化電極之間，兩塊膠體電解質(zhì)片分別固定在不同氧催化電極與鋁陽極之間；

向外殼中注水之后，電極反應(yīng)腔內(nèi)氧催化電極、鋁陽極以及膠體電解質(zhì)之間形成導(dǎo)通狀態(tài)，氧催化電極位置的氧氣得到電子轉(zhuǎn)換成氫氧根離子，鋁陽極上的鋁單質(zhì)失去電子轉(zhuǎn)換成正價(jià)鋁離子。

其中，該動(dòng)力電池還包括固態(tài)氧片，相鄰電極反應(yīng)腔之間的上固定板與下固定板之間圍合形成容置固態(tài)氧片的氧氣供應(yīng)腔，所述固態(tài)氧片固定在氧氣供應(yīng)腔中，且所述固態(tài)氧片的兩面分別與相鄰電極反應(yīng)腔中的一塊氧催化電極相對(duì)；向電堆里面加水后，固態(tài)氧片產(chǎn)生氧氣在相對(duì)的兩塊氧催化電極上得電子。

其中，所述外殼上還開設(shè)有注液口，多塊上固定板與外殼之間圍合形成頂部緩沖腔，多塊下固定板與外殼之間圍合形成底部緩沖腔；所述注液口通過注液管道與底部緩沖腔相通；每個(gè)氧氣供應(yīng)腔的底部設(shè)有第一入液口，每個(gè)電極反應(yīng)腔底部設(shè)有第二入液口，每個(gè)氧氣供應(yīng)腔頂部設(shè)有第一泄壓口，每個(gè)電極反應(yīng)腔頂部設(shè)有第二泄壓口；水從注液口沿注液管道的方向伸到外殼底部緩沖腔，通過每個(gè)氧氣供應(yīng)腔底部的第一入液口以及每個(gè)電極反應(yīng)腔底部的第二入液口分別進(jìn)入氧氣供應(yīng)腔以及電極反應(yīng)腔，鋁電極在堿性溶液中腐蝕產(chǎn)生的氣體從每個(gè)氧氣供應(yīng)腔頂部的第一泄壓口以及每個(gè)電極反應(yīng)腔頂部的第二泄壓口分別進(jìn)入外殼的頂部緩沖腔。

其中，所述外殼還包括外殼泄壓口、泄壓閥以及注液密封圈，所述外殼泄壓口以及注液口均開設(shè)在外殼頂部，所述注液密封圈設(shè)置在注液口上，所述泄壓閥設(shè)置在外殼泄壓口上。

其中，所述氧催化電極與上固定板以及下固定板之間均進(jìn)行可拆卸固定連接，所述鋁陽極均與外殼之間進(jìn)行可拆卸固定連接，所述鋁陽極與氧催化電極的長(zhǎng)度相等，所述膠體電解質(zhì)片的長(zhǎng)度短于鋁陽極以及氧催化電極。

其中，所述氧催化電極包括鎳網(wǎng)層、催化層、膠水層以及四氟乙烯層，所述鎳網(wǎng)層的兩面由內(nèi)向外分別為催化層、膠水層以及四氟乙烯層。

本實(shí)用新型的有益效果是：

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的便攜式高效鋁氧動(dòng)力電池，本實(shí)用新型制備的氧催化電極成本低廉、活性高，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行電壓平穩(wěn)，使用膠體電解質(zhì)便于攜帶，使用方便，往電堆里面直接加水電堆就能運(yùn)行；使用鋁合金做陽極，電化學(xué)活性高，在堿性溶液中自腐蝕速率小。本實(shí)用新型所使用的材料和所生產(chǎn)的物質(zhì)都可以回收再利用，對(duì)環(huán)境友好。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型便攜式高效鋁氧動(dòng)力電池的氧催化電極在1.2V恒壓下的極化電流曲線；

圖2為本實(shí)用新型便攜式高效鋁氧動(dòng)力電池的結(jié)構(gòu)示意圖。

主要元件符號(hào)說明如下：

10、鋁陽極 11、氧催化電極

12、膠體電解質(zhì) 13、固態(tài)氧片

14、外殼 15、上固定板

16、下固定板

141、注液口 142、外殼泄壓口

143、注液密封圈 144、泄壓閥

151、第一泄壓口 152、第二泄壓口

161、第一入液口 162、第二入液口。

具體實(shí)施方式

為了更清楚地表述本實(shí)用新型，下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步地描述。

本實(shí)用新型一種便攜式高效鋁氧動(dòng)力電池，包括以下制作步驟：

1)將鈣鈦礦型錳氧化物、二氧化錳、導(dǎo)電劑、聚四氟乙烯乳液混合，用水分散打成漿料，將漿料涂覆在鎳網(wǎng)兩面烘干（鎳網(wǎng)兩面都是催化層）；在催化層的一面噴涂一層膠水，然后將聚四氟乙烯膜貼在上面，通過反復(fù)輥壓制得氧催化電極11；將氫氧化鉀、環(huán)糊精混合后制備成膠體電解質(zhì)12，通過輥壓呈片狀；將緩釋固態(tài)氧碾磨成粉末與增稠劑混合，通過滾壓形成固態(tài)氧片13；

2) 將步驟(1)得到的氧催化電極11和鋁電極固定好，在氧催化電極11與鋁電極之間加入膠體電解質(zhì)12片和緩釋固態(tài)氧片，組裝成鋁氧電池；

3) 將步驟(2)得到的鋁氧電池放入塑料外殼14里面（全密封，只有一個(gè)注液口141和外殼泄壓口142），使用前密封保存；使用時(shí)打開注液口141的蓋子，往電池里面注水，電池開始運(yùn)行，緩釋固態(tài)開始緩慢的分解，為氧催化電極11提夠氧氣，膠體電解質(zhì)12緩慢的溶解，直到鋁電極消耗完；電極反應(yīng)腔在1.2V電壓下，電流密度達(dá)到100mA/cm2，并且在保持90mA/cm2電流下運(yùn)行10小時(shí)以上；

4）電池在運(yùn)行的時(shí)候，鋁電極在堿性溶液中腐蝕產(chǎn)生的氣體通過泄壓閥144自動(dòng)排放出去；

5）本實(shí)用新型實(shí)例由10片電極反應(yīng)腔堆疊而成，電極反應(yīng)腔尺寸10*14cm，鋁電極的厚度0.5mm，鋁電極總量大約500克，每克鋁產(chǎn)生3.5Wh，鋁全部耗完產(chǎn)生1.5KWh電量，能夠堅(jiān)持無人機(jī)等續(xù)航10小時(shí)以上。

本實(shí)用新型的電池可以由5-20個(gè)電極反應(yīng)腔任意多少個(gè)電極反應(yīng)腔組成；或者由兩個(gè)或兩個(gè)以上電堆組成供電系統(tǒng)，不限制電極反應(yīng)腔數(shù)量。

進(jìn)一步參閱圖2，本實(shí)用新型的便攜式高效鋁氧動(dòng)力電池，包括外殼14、多塊上固定板15、多塊下固定板16、多塊氧催化電極11、多塊鋁陽極10以及多塊膠體電解質(zhì)12片，所述多塊上固定板15、多塊下固定板16、多塊氧催化電極11、多塊鋁陽極10以及多塊膠體電解質(zhì)12片均容置在外殼14中，一塊上固定板15與一塊下固定板16圍合形成一個(gè)提供電化學(xué)反應(yīng)環(huán)境的電極反應(yīng)腔；

每個(gè)電極反應(yīng)腔中包括兩塊氧催化電極11、兩塊膠體電解質(zhì)12片以及一塊鋁陽極10，每塊氧催化電極11的一端設(shè)在上固定板15上，每塊氧催化電極11的另一端設(shè)在下固定板16上，同一電極反應(yīng)腔中的兩塊氧催化電極11分別固定在電極反應(yīng)腔的內(nèi)壁兩端，同一電極反應(yīng)腔中的鋁陽極10固定在兩塊氧催化電極11之間，兩塊膠體電解質(zhì)12片分別固定在不同氧催化電極11與鋁陽極10之間；

向外殼14中注水之后，電極反應(yīng)腔內(nèi)氧催化電極11、鋁陽極10以及膠體電解質(zhì)12之間形成導(dǎo)通狀態(tài)，氧催化電極11位置的氧氣得到電子轉(zhuǎn)換成氫氧根離子，鋁陽極10上的鋁單質(zhì)失去電子轉(zhuǎn)換成正價(jià)鋁離子。

在本實(shí)施例中，該動(dòng)力電池還包括固態(tài)氧片13，相鄰電極反應(yīng)腔之間的上固定板15與下固定板16之間圍合形成容置固態(tài)氧片13的氧氣供應(yīng)腔，所述固態(tài)氧片13固定在氧氣供應(yīng)腔中，且所述固態(tài)氧片13的兩面分別與相鄰電極反應(yīng)腔中的一塊氧催化電極11相對(duì)；向電堆里面加水后，固態(tài)氧片13產(chǎn)生氧氣在相對(duì)的兩塊氧催化電極11上得電子。

在本實(shí)施例中，所述外殼14上還開設(shè)有注液口141，多塊上固定板15與外殼14之間圍合形成頂部緩沖腔，多塊下固定板16與外殼14之間圍合形成底部緩沖腔；所述注液口141通過注液管道與底部緩沖腔相通；每個(gè)氧氣供應(yīng)腔的底部設(shè)有第一入液口161，每個(gè)電極反應(yīng)腔底部設(shè)有第二入液口162，每個(gè)氧氣供應(yīng)腔頂部設(shè)有第一泄壓口151，每個(gè)電極反應(yīng)腔頂部設(shè)有第二泄壓口152；水從注液口141沿注液管道的方向伸到外殼14底部緩沖腔，通過每個(gè)氧氣供應(yīng)腔底部的第一入液口161以及每個(gè)電極反應(yīng)腔底部的第二入液口162分別進(jìn)入氧氣供應(yīng)腔以及電極反應(yīng)腔，鋁電極在堿性溶液中腐蝕產(chǎn)生的氣體從每個(gè)氧氣供應(yīng)腔頂部的第一泄壓口151以及每個(gè)電極反應(yīng)腔頂部的第二泄壓口152分別進(jìn)入外殼14的頂部緩沖腔。

在本實(shí)施例中，所述外殼14還包括外殼泄壓口142、泄壓閥144以及注液密封圈143，所述外殼泄壓口142以及注液口141均開設(shè)在外殼14頂部，所述注液密封圈143設(shè)置在注液口141上，所述泄壓閥144設(shè)置在外殼泄壓口142上。

在本實(shí)施例中，所述氧催化電極11與上固定板15以及下固定板16之間均進(jìn)行可拆卸固定連接，所述鋁陽極10均與外殼14之間進(jìn)行可拆卸固定連接，所述鋁陽極10與氧催化電極11的長(zhǎng)度相等，所述膠體電解質(zhì)12片的長(zhǎng)度短于鋁陽極10以及氧催化電極11。

在本實(shí)施例中，所述氧催化電極11包括鎳網(wǎng)層、催化層、膠水層以及四氟乙烯層，所述鎳網(wǎng)層的兩面由內(nèi)向外分別為催化層、膠水層以及四氟乙烯層。

本實(shí)用新型的優(yōu)勢(shì)在于：

1、鋁氧電池的外殼14使用的材料與手機(jī)外殼14使用的材料是一樣的，質(zhì)量輕、強(qiáng)度高，便于攜帶，大大的減輕了鋁氧電池的質(zhì)量；

2、本實(shí)用新型制備的氧催化電極11工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、活性高，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行電壓平穩(wěn)，在1.2V電壓下，極化電流密度達(dá)100mA/cm2，并且在保持90mA/cm2電流下運(yùn)行10小時(shí)以上；

3、使用膠體電解質(zhì)12，在使用時(shí)，將電堆的注水口打開，往電堆里面直接加水電堆就能運(yùn)行，使用膠體電解質(zhì)12便于攜帶，使用方便；

4、使用鋁合金做陽極，電化學(xué)活性高，在堿性溶液中自腐蝕速率?。?/p>

5、通過在電極之間加入緩釋固態(tài)氧片13，在使用時(shí)，打開電堆的注水口，往電堆里面加水，固態(tài)氧緩慢分解產(chǎn)生氧氣，為氧催化電極11提夠氧氣，使電池可以在密閉的環(huán)境中運(yùn)行，不需要從空氣中攝取氧氣（如水下運(yùn)行或者潛艇等），當(dāng)鋁電極消耗完后，電池停止運(yùn)行；電池在運(yùn)行的過程中產(chǎn)生的氣體通過泄壓閥144排出；

6、所使用的材料和所生產(chǎn)的物質(zhì)都可以回收再利用，對(duì)環(huán)境友好。

以上公開的僅為本實(shí)用新型的幾個(gè)具體實(shí)施例，但是本實(shí)用新型并非局限于此，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員能思之的變化都應(yīng)落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。