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一种铝空气电池制造技术

技术编号:14605302 阅读:208 留言:0更新日期:2017-02-09 11:57
本实用新型专利技术公开了一种铝空气电池,包括若干个铝空气电池单体,每个铝空气电池单体由:催化空气阴极板、铝阳极板、支撑壳体和水性电解质构成,每个支撑壳体中间插入有铝阳极板,所述支撑壳体外侧设置空气导流口,所述支撑壳体内侧或外侧设置有进水口和出水口,所述进水口和出水口之间连接有电解液循环系统,所述催化空气阴极板包括导电骨架,导电骨架一侧或两侧涂布有由活性炭和\或石墨,催化剂和粘结剂构成的碳材料。本实用新型专利技术通过石墨活性炭和二氧化锰作为催化剂,以铝板为负极,以水溶液为水性电解质并以普通材料为催化剂大幅降低催化空气阴极板材料成本,通过特殊加工有效形成泡沫化的碳结构,大幅提升电池的功率。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及电池领域,特别是涉及一种铝空气电池催化空气阴极板。
技术介绍
电池是生活中最常用的物品之一,目前常用的是铅酸蓄电池和锂电池,锂电池容量大,能量密度高,无记忆效应,但成本较高,使用不当容易起火,并且电池管理较为复杂;铅酸电池成本低廉,但能量密度较低,重量大,有记忆效应,需要一定维护并且寿命较短,随便废弃容易造成污染,随着技术发展,水介质电池被开发,如中国专利CN101090168A,公开了一种盐水电池,以铝阳极板作为阳极,以空气电极作为阴极,其中,铝阳极板为镁合金或镁铝合金电极,空气电极包括表面镀银的导电铜丝网,附着于铜丝网两侧的活性炭与二氧化锰(的混合物作为亲氧材料层,以及附着于亲氧材料层上的聚四氟乙烯作为防水空气膜,该水电池铝极板容易失效,且导电铜丝网成本高,电池输出功率不理想,缺乏实用性。在中国专利ZL99216667.5中,公开了另一种盐水电池的结构,强调该盐水电池的阴极板是由导电石墨制成,铝阳极板采用的是金属镁,水性电解质采用盐水,该水电池的电功率低,且阳极板成本高昂。现有的水电池存在严重的功率不足的问题,比功率低,放电时间短,电化学反应比例较低等问题,急需一种新型的催化空气阴极板,提高电化学反应重量比例,大幅提升水电池比功率,以适应社会需求。
技术实现思路
本技术的一个目的是通过石墨、活性炭、二氧化锰和粘结剂、按一定重量比例混合制造催化空气阴极板,并用该催化空气阴极板制造高功率的金属空气电池。本技术的另一个目的是通过使用活性炭和二氧化锰作为催化剂,替代铂金催化剂,大幅降低催化空气阴极板成本。本技术的第三个目的是通过乙醇稀释并进行烘烤,有效形成泡沫化的碳结构,大幅提升电池的功率。本技术的第四个目的是通过设置导电骨架和在成品表面擦石墨,形成石墨烯层,提高催化空气阴极板导电性能。为解决上述技术问题,本技术采用的一个技术方案是:提供一种铝空气电池,包括,若干个铝空气电池单体,每个铝空气电池单体由:催化空气阴极板、铝阳极板、支撑壳体和水性电解质构成,若干个铝空气电池单体顺序排列,每个铝空气电池单体的支撑壳体侧面设置有压板,支撑壳体中间插入有一片铝阳极板,支撑壳体与压板之间设置有催化空气阴极板,所述支撑壳体与催化空气阴极板相贴一侧设置空气窗,催化空气阴极板与空气窗紧贴布置并形成密封,所述支撑壳体侧边设置有空气槽,所述支撑壳体两侧设置分别有进水口和出水口,所述进水口和出水口之间连接有电解液循环系统,所述铝阳极板为纯度为99.999%的高纯铝或铝合金,或使用锌含量为0.01-1%的铝锌合金或为镁含量为0.2%-5.5%的铝镁合金,所述催化空气阴极板包括导电骨架,导电骨架一侧或两侧涂布有由活性炭、石墨,催化剂和粘结剂构成的碳材料,所述催化空气阴极板在200-400℃的温度烘烤10-60分钟,形成透气不透水的碳合成结构,催化空气阴极板和铝阳极板之间无直接接触,透气不透水的催化空气阴极板一侧与水性电解质接触,催化空气阴极板另一侧保持干燥,催化空气阴极板与水接触面保持透气不透水的特性,空气从催化空气阴极板一侧进入并使得氧气被催化。支撑壳体设置有水路拼接口,支撑壳体可连续拼接,形成循环水路,使得水、碱溶液或盐溶液等水性电解质可在其中循环流动。粘结剂为PET或聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯,催化剂为活性炭、二氧化锰、石墨烯中的一种或几种。导电骨架为金属多孔片或金属网或金属条,所述导电骨架材料为铜、锡、银、锌或合金;金属网为铜丝网、铁丝网、钢网、银丝网和泡沫镍网;金属多孔片为铜多孔片、铁多孔片、钢多孔片、银多孔片和泡沫镍多孔片。电解液循环系统包括水泵、水箱、和水管所述进水口通过水管与水泵连接,出水口通过水管与水箱连接,水箱通过水管连接到水泵,电解液循环系统的水箱顶部的水平位置低于电池底部的水平位置。支撑壳体底部设置有多条沉淀沟,所述出水口靠近沉淀沟设置。水箱底部设置有沉淀沟,所述水箱内还包括过滤系统。水箱顶部设置有排气管或储气罐或为氢燃料电池。催化空气阴极板的孔隙率为20%-80%。进一步的,催化空气阴极板的孔隙率为30%-70%。最佳的,催化空气阴极板的孔隙率为40%-60%。催化空气阴极板的碳材料为泡沫碳,催化空气阴极板厚度为0.5-8mm。在更佳的一个案例中,催化空气阴极板厚度为0.5-6mm。最佳的,催化空气阴极板厚度为0.5-3mm。一种铝空气电池催化空气阴极板具体制造方法如下:碳材料由石墨、活性炭、二氧化锰和粘合剂构成,将石墨、活性炭、二氧化锰置于一容器内并进行充分的混合,随后向该容器内添加粘合剂并再次进行充分的混合制成干碳膏,其中,石墨所占重量比例大于活性炭所占的重量比例;向混合后的干碳膏中添加溶剂,使得干碳膏成为具有一定流动性的湿碳膏;将导电骨架放置于一平面上,并向该导电骨架两侧均匀的涂布湿碳膏,制成湿碳膏板;将湿碳膏板放置在压制机上压制,将湿碳膏板压平压薄,并去除多余的溶剂,制成催化空气阴极板半成品;随后将催化空气阴极板半成品放入烘烤机内以200-400℃的温度烘烤10-60分钟;将烘烤后的催化空气阴极板半成品取出,并自然冷却,制成具有纳米级至微米级孔隙的催化空气阴极板。碳材料成分的重量比为:石墨40%-90%、活性炭10%-49%、二氧化锰10%-50%、粘结剂20%-50%。进一步缩小范围,碳材料成分的重量比为:石墨50%-80%、活性炭20%-40%、二氧化锰15%-40%、粘结剂25%-40%。在一个最佳的方案中,碳材料成分的重量比为:石墨50%-70%、活性炭20%-30%、二氧化锰20%-30%、粘结剂25%-35%。催化剂为活性炭、二氧化锰、石墨烯中的一种或几种。溶剂为乙醇,粘结剂为PET或聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯。烘烤机的升温曲线为缓慢的直线升温或呈阶梯状升温,烘烤机的升温时间等于或小于烘烤时间。烘烤机的烘烤时间为20-50min。在一个最佳方案中,烘烤机的烘烤时间为25-40min。催化空气阴极板的孔隙率为20%-80%。进一步的,催化空气阴极板的孔隙率为30%-70%。最佳的,催化空气阴极板的孔隙率为40%-60%。催化空气阴极板的碳材料为泡沫碳,催化空气阴极板厚度为0.5-8mm。在更佳的一个案例中,催化空气阴极板厚度为0.5-6mm。最佳的,催化空气阴极板厚度为0.5-3mm。导电骨架材料为铜、锡、银、锌或合金,金属网为铜丝网、铁丝网、钢网、银丝网和泡沫镍网,金属多孔片为铜多孔片、铁多孔片、钢多孔片、银多孔片和泡沫镍多孔片。与现有技术相比,本技术的优势在于:1、通过石墨、活性炭、催化剂和粘结剂、按一定重量比例混合制造催化空气阴极板,并用该催化空气阴极板制造高功率的金属空气电池。2、通过使用活性炭和二氧化锰作为催化剂,替代铂金催化剂,大幅降低催化空气阴极板成本。3、通过乙醇稀释并进行烘烤,有效形成泡沫化的碳结构,大幅提升电池的功率。4、通过设置导电骨架和在成品表面擦石墨,形成石墨烯层,提高催化空气阴极板导电性能。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铝空气电池,包括,若干个铝空气电池单体,每个铝空气电池单体由:催化空气阴极板、铝阳极板、支撑壳体和水性电解质构成,若干个铝空气电池单体顺序排列,其特征在于,每个铝空气电池单体的支撑壳体中间插入有铝阳极板,支撑壳体至少一侧设置有催化空气阴极板,所述支撑壳体外侧设置空气导流口,所述支撑壳体内侧或外侧设置有进水口和出水口,所述进水口和出水口之间连接有电解液循环系统,所述催化空气阴极板包括导电骨架,导电骨架一侧或两侧涂布有透气不透水的碳合成物结构,催化空气阴极板和铝阳极板之间无直接接触,催化空气阴极板一侧与电解质接触并保有透气不透水的特性,催化空气阴极板另一侧保持干燥,空气从催化空气阴极板一侧进入并使得氧气被催化。

【技术特征摘要】
1.一种铝空气电池,包括,若干个铝空气电池单体,每个铝空气电池单体由:催化空气阴极板、铝阳极板、支撑壳体和水性电解质构成,若干个铝空气电池单体顺序排列,其特征在于,每个铝空气电池单体的支撑壳体中间插入有铝阳极板,支撑壳体至少一侧设置有催化空气阴极板,所述支撑壳体外侧设置空气导流口,所述支撑壳体内侧或外侧设置有进水口和出水口,所述进水口和出水口之间连接有电解液循环系统,所述催化空气阴极板包括导电骨架,导电骨架一侧或两侧涂布有透气不透水的碳合成物结构,催化空气阴极板和铝阳极板之间无直接接触,催化空气阴极板一侧与电解质接触并保有透气不透水的特性,催化空气阴极板另一侧保持干燥,空气从催化空气阴极板一侧进入并使得氧气被催化。2.根据权利要求1所述的铝空气电池,其特征在于,所述水性电解质为水、碱溶液或盐溶液。3.根据权利要求1所述的铝空气电池,其特征在于,所述支撑壳体设置有水路拼接口,支撑壳体可连续拼接,形成循环水路。4.根据权利要求1所述的铝空气电池,其特征在于,所述铝阳极板为99.999%的高纯铝。5.根据权利要求1所述的铝空气电池,其特征在于,所述导电骨架为金属多孔片或金属网或金属条,所述导电骨架材料为铜或其他导电合金材料。6.根据权利要求5所述的铝空气电池,其特征在于,所述金属网为铜丝网、铁丝网、钢网和泡沫镍网。7.根据权利要求5所述的铝空气电池,其特征在于,所述金属多孔片为铜多孔片、铁多孔片、钢多孔片和泡沫镍多孔片。8.根据权利要求1所述的一种铝空气电池,其...

【专利技术属性】
技术研发人员:王志林
申请(专利权)人:王志林
类型:新型
国别省市:江苏;32

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