一種鋁空氣電池堆及其制備工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于能量轉(zhuǎn)換與新能源領(lǐng)域，具體涉及一種鋁空氣電池堆及其制備工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]電子設(shè)備的快速發(fā)展，對電池提出了更高的性能要求。電池最主要的性能參數(shù)是容量密度及能量密度，分別對應(yīng)單位質(zhì)量的電池材料在放電過程中釋放出來的電荷量(mAhg—1)及能量(mWhg—1)?？紤]電池體積，還可以得到體積容量密度(mAhL—1)及體積能量密度(mWhL—1)。電池快速充放電的能力一般通過單位反應(yīng)面積上的功率密度(mWcm_2)表示。此外，電池的壽命、成本、安全性及環(huán)境友好性都是評價電池性能的重要因素?，F(xiàn)行主要電池產(chǎn)品，如鋅錳電池、鉛酸電池、鎳鎘電池及鎳氫電池等，受制于較低的能量密度，不能滿足電動車輛等大型用電設(shè)備的需求。鋰離子電池是目前應(yīng)用最為廣泛的一種儲能設(shè)備，具有較高的工作電壓和能量密度，但存在燃燒、爆炸等安全隱患。燃料電池可以在氧化劑作用下，將燃料中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，具有較高的能量利用效率。電化學(xué)反應(yīng)中所需的燃料可持續(xù)供給或快速補充，擺脫了傳統(tǒng)電池固定的容量限制。與其他電池燃料相比，金屬材料在氧化過程中可以釋放出大量能量。金屬空氣燃料電池在繼承上述優(yōu)點的基礎(chǔ)上，將金屬材料的高能量密度與空氣中氧氣的無限儲備相結(jié)合，可以有效提高電池的理論能量密度，是高性能電池的理想解決方案之一。
[0003]傳統(tǒng)的鋁空氣電池系統(tǒng)由鋁陽極、電解質(zhì)以及多孔空氣陰極構(gòu)成。在空氣陰極外側(cè)要覆蓋具有隔水透氣性能的防水層，避免電解質(zhì)水溶液泄露。但傳統(tǒng)液態(tài)電解質(zhì)流動性很強，易滲透多孔空氣電極從而造成泄漏，引發(fā)電池性能下降、污染周圍環(huán)境等問題，且電解質(zhì)溶液多為強堿性，又存在安全隱患。本專利提出了一種鋁空氣電池堆及其制備工藝，該發(fā)明具有高比能量和高比功率的優(yōu)勢，可以從根本上解決電解液泄漏的問題，兼具低成本、操作方便、結(jié)構(gòu)簡單、生產(chǎn)周期短、無污染、使用過程安全等優(yōu)點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明涉及一種鋁空氣電池堆及其制備工藝，優(yōu)點在于:1)鋁空氣電池堆具有高比能量和高比功率的優(yōu)勢；2)在鋁空氣電池堆中凝膠聚合物可以將電解質(zhì)溶液牢牢鎖住，表面不會有液體滲出，從根本上解決電池電解液泄漏的問題；3)成本低，簡化了電池結(jié)構(gòu)，電池制備過程省去了傳統(tǒng)的電池夾具，降低了制備的大部分成本；4)安全無污染，因為不會有電解質(zhì)泄漏，所以不會存在強堿性電解液燒傷皮膚等的安全隱患。
[0005]本發(fā)明技術(shù)方案如下:
[0006]一種鋁空氣電池堆，其中，固定部件6嵌套在玻璃平板7上，6和7作為電池堆的底座；若干由陽極鋁板1、凝膠聚合物2、多孔空氣電極3組成的鋁空氣電池單體排列在電池堆底座上，電池單體間用碳板4隔開，碳板4分布流道的一次緊貼多孔空氣電極3 ;電池堆兩側(cè)有集流板5結(jié)構(gòu)。
[0007]一種鋁空氣電池堆的制備工藝，其中，鋁空氣電池單體的制備方法，包括以下步驟:
[0008]I)配制電解質(zhì)溶液:稱取固體電解質(zhì)置于燒杯中，加入去離子水，超聲至溶液澄清；再向電解質(zhì)溶液中加入添加劑，超聲至溶液澄清；
[0009]2)配制聚合物溶液:稱取N，N-亞甲基雙丙烯酰胺，加入丙烯酸，超聲至溶液澄清;
[0010]3)將步驟I)和步驟2)中配制好的電解質(zhì)溶液和聚合物溶液混合，過濾沉淀物質(zhì)，得到澄清溶液；
[0011]4)將步驟3)中得到的澄清溶液注入成型容器中；
[0012]5)配制聚合引發(fā)劑溶液:稱取固體聚合引發(fā)劑，加入去離子水，超聲至溶液澄清；
[0013]6)將步驟5)中配制的聚合引發(fā)劑加入步驟4)中的成型容器，充分攪拌后靜置5分鐘即可得到凝膠聚合物電解質(zhì)；
[0014]7)將步驟6)得到的凝膠聚合物電解質(zhì)從成型容器中剝離出來，在其兩側(cè)貼合鋁片和多孔空氣電極，得到鋁空氣電池單體。
[0015]優(yōu)選地，電解質(zhì)為氫氧化鉀或氯化鈉，添加劑為氧化鋅；聚合引發(fā)劑為過硫酸鈉或過硫酸鉀。
[0016]本發(fā)明提出了一種鋁空氣電池堆及其制備工藝，目的是為了解決傳統(tǒng)鋁空氣電池電解液泄漏的問題，同時還有降低成本、簡化操作的效果。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明鋁空氣電池單體制備方法流程圖；
[0018]圖2為本發(fā)明鋁空氣電池堆剖面圖；
[0019]其中，1-陽極鋁板，2-凝膠聚合物，3-多孔空氣電極，4-碳板，5-集流板，6_固定部件，7-玻璃平板。
【具體實施方式】
[0020]為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例進一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實施例。
[0021]實施例1:以30片單體組成的固態(tài)鋁空氣電池堆。該電池堆的比能量可達500Wh/kg，功率達到300W/kg，能正常驅(qū)動一輛自行車。其制備過程如下:
[0022]I)稱取8g氫氧化鉀置入燒杯中，加入15ml去離子水，超聲至溶液澄清；向電解質(zhì)溶液中加入0.2g氧化鋅，再次超聲至溶液澄清；
[0023]2)稱取0.2g N, N-亞甲基雙丙烯酰胺，加入1.2g丙烯酸，超聲至溶液澄清；
[0024]3)將步驟I)和步驟2)中配制好的電解質(zhì)溶液和聚合物溶液混合，過濾沉淀物質(zhì)得到澄清溶液；
[0025]4)將步驟3)中得到的澄清溶液注入成型容器中；
[0026]5)稱取0.5g過硫酸鉀，加入12ml去離子水，超聲至溶液澄清；
[0027]6)將步驟5)中配制的聚合引發(fā)劑加入步驟4)中的成型容器，充分攪拌后靜置5分鐘即可得到凝膠聚合物電解質(zhì)；
[0028]7)步驟6)得到的凝膠聚合物電解質(zhì)從成型容器中剝離出來，按鋁片、電解質(zhì)、空氣電極的順序貼合，得到鋁空氣電池單體；
[0029]8)通過碳板將上述步驟7)得到的30片單體交替隔開，并固定在玻璃平板，并通過集流板采電形成30片單體組成的固態(tài)鋁空氣電池堆。該鋁空氣電池堆輸出能量為500Wh，功率為300W，重量為1kg。
【主權(quán)項】
1.一種鋁空氣電池堆，其特征在于，固定部件￠)嵌套在玻璃平板(7)上，(6)和(7)作為電池堆的底座；由陽極鋁板(I)、凝膠聚合物(2)、多孔空氣電極(3)組成的鋁空氣電池單體排列在電池堆底座上，電池單體間用碳板(4)隔開，碳板(4)分布流道的一側(cè)緊貼多孔空氣電極⑶；電池堆兩側(cè)有集流板(5)結(jié)構(gòu)。2.—種權(quán)利要求1所述鋁空氣電池堆的制備工藝，其特征在于，鋁空氣電池單體的制備方法包括以下步驟: 1)配制電解質(zhì)溶液:稱取固體電解質(zhì)置入燒杯中，加入去離子水，超聲至溶液澄清；再向電解質(zhì)溶液中加入添加劑，超聲至溶液澄清； 2)配制聚合物溶液:稱取N，N-亞甲基雙丙烯酰胺，加入丙烯酸，超聲至溶液澄清； 3)將步驟I)和步驟2)中配制好的電解質(zhì)溶液和聚合物溶液混合，過濾沉淀物質(zhì)，得到澄清溶液； 4)將步驟3)中得到的澄清溶液注入成型容器中； 5)配制聚合引發(fā)劑溶液:稱取固體聚合引發(fā)劑，加入去離子水，超聲至溶液澄清； 6)將步驟5)中配制的聚合引發(fā)劑加入步驟4)中的成型容器，充分攪拌后靜置5分鐘，即可得到凝膠聚合物電解質(zhì)； 7)將步驟6)得到的凝膠聚合物電解質(zhì)從成型容器中剝離出來，在其兩側(cè)貼合鋁片和多孔空氣電極，得到鋁空氣電池單體。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述鋁空氣電池堆的制備工藝，其特征在于，所述電解質(zhì)為氫氧化鉀或氯化鈉，添加劑為氧化鋅；所述聚合引發(fā)劑為過硫酸鈉或過硫酸鉀。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種能量轉(zhuǎn)換與新能源領(lǐng)域的鋁空氣電池堆及其制備工藝。所述鋁空氣電池堆由若干個單電池組裝而成；所用電解質(zhì)為凝膠聚合物，可適用于各種金屬燃料電池、金屬離子電池等體系，尤其是漏液問題嚴(yán)重的電池體系。本發(fā)明鋁空氣電池堆的制備工藝為：將電解質(zhì)溶液和聚合物溶液混合并過濾，將得到的澄清溶液注入成型容器內(nèi)，再加入適量聚合引發(fā)劑溶液，得到凝膠聚合物電解質(zhì)；再將正極、負極與之貼合，即制成鋁空氣電池單體，最后再將單電池按特殊結(jié)構(gòu)組裝成電池堆。本發(fā)明鋁空氣電池堆具有高比能量和高比功率的巨大潛力，可以從根本上解決電池電解液泄漏的問題，并有低成本、操作方便、結(jié)構(gòu)簡單、生產(chǎn)周期短、無污染、使用過程安全等優(yōu)點。
【IPC分類】H01M12/06
【公開號】CN104966858
【申請?zhí)枴緾N201510232866
【發(fā)明人】王誠, 邱平達, 張劍波, 郭建偉, 王建龍
【申請人】清華大學(xué)
【公開日】2015年10月7日
【申請日】2015年5月8日