包括蓄电池和空-铝电池组的系统技术方案

本发明专利技术涉及可提供和/或储存电能的电化学电池，其包括由铝或铝合金制成的可氧化的电极(2)、允许空气扩散和在空气中的氧气还原的导电空气电极(1)、和电解质(3)。电解质(3)是非水性的，且包括三氯化铝(AlCl3)和脂肪族、环状或杂环的氮衍生物的混合物。本发明专利技术还涉及一种用于储存电能的电化学系统，其包括至少一种这种电池。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术涉及可提供和/或储存电能的电化学电池，其包括由铝或铝合金制成的可氧化的电极(2)、允许空气扩散和在空气中的氧气还原的导电空气电极(1)、和电解质(3)。电解质(3)是非水性的，且包括三氯化铝(AlCl3)和脂肪族、环状或杂环的氮衍生物的混合物。本专利技术还涉及一种用于储存电能的电化学系统，其包括至少一种这种电池。【专利说明】包括蓄电池和空-铝电池组的系统 专利
本专利技术涉及电能储存领域，具体来说，涉及金属-空气电化学电池。 电能储存装置具体为电池组（battery)，越来越频繁的用于日益增多的各种应用： 移动电话、笔记本、便携式工具、电动或混合动力车辆等。对于这种应用，电能储存装置需要 轻量、紧凑，且它们必须满足和它们的应用相关的电气要求。 专利技术背景 在考虑用于未来电动汽车的蓄电池系统中，就理论能量密度而言，金属-空气电 池似乎是最有前景的选择。金属-空气电化学电池由在电池放电时金属发生氧化反应所在 地的负极（阳极）、涉及空气中氧气还原的正电极（阴极，也称为空气电极）、和通过离子物 质在电极之间提供离子导通的电解质组成。空气电极最常由包含催化剂的两活性层和它们 之间的金属网格的组件组成。 在设计电化学电池时，选择所用金属是重要的阶段。锂（Li)是电负性最强 和最轻的金属，因此自然地许多开发工作都是基于锂空电池组进行的，例如专利申请 US-2009/0053594 A1。但是，锂是一种当暴露于环境空气时可带来多种危险的金属，且尽管 这种金属的天然储存量很大，但提取和处理成本高昂。此外，在锂离子电池组中大量使用锂 往往减少这些储存量。对硅的兴趣也日益增加，例如专利申请W0-2011/061728 A1描述了 这种系统。在该文中，所用的硅是掺杂的η型或p型硅，这意味着较高的提取成本，虽然微 电子已实现了对实施技术的完美控制。 而铝是丰富的低原子量的三价金属，且当暴露于空气时不会带来危险，且较廉价。 现有技术中描述了机械性可充电的铝-空电池组系统，具体参见专利申请W0-2010/132357 和TO-2002/086984。现有技术中描述的铝-空气系统涉及包括生理盐水或碱性溶液的电解 质。在研究最多的后一种情况中，氧气在水中的阴极处的还原反应产生羟基离子。存在这 些离子时，金属的氧化导致形成晶体水合氢氧化铝沉淀，且逐渐堵塞空气电极的孔，导致电 化学电池性能劣化。 第一篇文献（W0-2010/132357)提到用铝制备金属电极的可能性，且描述了可使 用的各种电解质，但对铝-空系统遇到的问题没有提供解决方案。 为了克服上述不足，专利申请W0-2002/086984描述了使用"脱水"添加剂来防止 形成晶体水合氢氧化铝，从而获得具有更少结合的水分子的晶体化合物，结果增加了电池 组的使用寿命。此外，使用添加剂增加了电池的成本。但是，当使用添加剂时，电解质的电 导率会下降。实际上，在该文献要求保护的有机添加剂中，淀粉和聚丙烯酰胺增加了介质的 粘度（形成凝胶）并因此降低电导率。其它两种添加剂相应地降低了电解质中存在的水部 分，由此使它更不导电。 和铝-空电池组相关的第二个问题是在碱性介质中观察到的铝腐蚀现象，这可转 化成氢气释放和与之相关的安全问题，且大量的超电压对电池的总体性能不利。上面的两 篇文献都没有解决这个问题，例如使用添加剂没有降低和铝腐蚀相关的氢气释放。 为了克服上述不足，本专利技术涉及铝-空电化学电池，其包括非水性的电解质，且通 过它的组成几乎不腐蚀铝。因此，配备这种电解质的铝-空电化学电池是轻量的、具有良好 的电化学性能同时适用于电能储存的电气特征。
技术实现思路
本专利技术涉及能产生和/或储蓄电能的铝-空电化学电池 （cel 1)，其包括有铝或铝 合金制备的可氧化的电极、运行空气扩散和空间中的氧气还原的导电空气电极、和电解质。 电解质是非水性的，且包括三氯化铝（A1C13)和氯化的环状或杂环、脂肪族含氮衍生物的混 合物。 根据本专利技术，电解质中三氯化铝（A1C13)部分和氯化环状或杂环、脂肪族含氮衍生 物部分的摩尔比例范围是1. 01-2。 优选地，电解质的氯化的环状或杂环、脂肪族含氮衍生物选自下组：1-乙基-3-甲 基 -氣化味卩坐鐵（EMlmCl)，I- 丁基甲基-氣化味P坐鐵，I- 丁基-氣化批陡鐵或节基二 甲基氯化铵。 优选地，三氯化铝部分和1-乙基-3甲基-咪唑氯化鎗（EMlmCl)比例的摩尔比例 基本上等于1. 5。 根据本专利技术的一种实施方式，所述电解质还包括有机液体和/或离子液体。 此外，所述电解质在电池的环境工作温度下是液体。或者，所述电解质在电池的环 境工作温度下是凝胶。 根据一种实施方式，所述电极包括微孔多出组件和允许氧气还原的活性元素。 优选地，所述空气电极由多孔碳、氧气还原催化剂、全氟聚合物和集电器组成。 优选地，所述氧气还原催化剂选自金属氧化物、具体是锰、镍或钴的氧化物，或选 自掺杂的金属氧化物或选自贵金属。 电池还可在空气电极上游包括多孔装置。 本专利技术还涉及用于储存电能的电化学系统，其包括至少一个根据本专利技术的电池。 在一种变体中，用于储存电能的电化学系统包括多个如上所述的电池，串联排布 或并联排布。 此外，本专利技术涉及车辆，具体为电动车辆，其包括至少一种电机。该车辆配备了根 据本专利技术的电能储存系统来为所述电机提供电能。 附图简要说明 通过阅读下面的非限制性例子给出的实施方式的描述，和参考附图很容易了解本 专利技术的其他特征和优点，其中： 图1显示了实验使用地根据本专利技术的铝-空电化学电池， 图2显示了根据本专利技术的电化学电池的放电曲线，和 图3显示了根据本专利技术的电化学电池的充电和放电曲线。 详细描述 因此，本专利技术涉及用于能产生和/或储蓄电能金属-空气电化学电池的电解质。根 据本专利技术的第一方面，这种电解质是非水性的，其使得能防止形成可能堵塞电化学电池的 空气电极的孔的晶体水合氢氧化铝。因此，和现有技术中考虑的电池相比，性能随时间经历 的劣化更少。 根据本专利技术的第二方面，电解质包括氯化的环状或杂环、脂肪族含氮衍生物和三 氯化铝（Aicg的混合物。如实验所确证（在实施例1中描述了腐蚀测量），这种混合物几 乎不腐蚀铝。因此，根据本专利技术的电解质可用于铝-空电化学电池，同时一方面避免形成氢 氧化铝，另一方面减少金属电极的腐蚀，这由此使得减少氢气释放。 例如，电解质中和三氯化铝（A1C13)混合的氯化的环状或杂环、脂肪族含氮衍生 物可选自：1-乙基-3甲基-氯化咪唑鎗，1-丁基-3甲基-氯化咪唑鎗，1-丁基-氯化 吡啶鎗或苄基三甲基氯化铵。可使用的其它化合物如下文所述："来自离子液体的电沉 积（Electrodeposition from ionic ligquids)"，F.恩德斯（F.Endres)、D.麦克法兰斯 (D.MacFarlance)和 A.阿波特（A.Abbott)编辑，Wiely-VCH(2008)。具体来说，可使用离 子盐和A1C13的任意混合物，只要该混合物允许获得具有足以用于进行该反应的电化学电 池窗口的离子导电液体电解质。 在环境温度下，非水性电解质是液体或凝本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种能产生和/或储蓄电能的电化学电池，其包括由铝或铝合金制成的可氧化的电极(2)、允许空气扩散和在空气中的氧气还原的导电空气电极(1)、和电解质(3)，其特征在于，所述电解质(3)是非水性的，且包括三氯化铝(AlCl3)和氯化的环状或杂环、脂肪族含氮衍生物的混合物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·冈萨雷斯，R·雷维尔，
申请(专利权)人：IFP新能源公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR