基于丝的电能存储装置制造方法及图纸

提供了一种至少部分地基于丝而制成的电能存储装置(1)。电能存储装置(1)包括至少部分地基于丝碳膏的阴极(3)，该丝碳膏通过将丝心蛋白碳粉与液态丝胶蛋白膏混合而制造。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及根据权利要求1的前序部分所述的电能存储装置、例如特别是电池，以及涉及其制造方法。特别地，本专利技术涉及至少基于作为原料的丝的电池，以及涉及其制造方法。在满足日常需求方面、特别是在考虑环境问题的情况下，最重要的方面之一是能量、特别是电能的有效存储。各式各样的电池可用于电能存储并且这些电池的效率和存储容量日益改善。然而，生态方面常常被忽略，以致于电池通常不得不作为周知的危险废弃物处理。在此，一个重要的方面尤其是称为可再充电的电池。
技术介绍
WO2013/018843公开了一种具有氧气扩散电极的电池，其中催化剂包含来自蚕丝的活性炭。得自蚕丝的活性炭通过使生丝经受烘焙和加热的若干步骤来制造。US3,918,989描述了柔性电极板的制造，其中活性电极材料借助含有丝心蛋白的水溶性树脂结合。在GB796,410中示出的蓄电池中，提出在电极之间采用由蚕丝制成的隔离物。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供一种具有改善的生态效果和经济效果的电能存储装置。另一目的是提出一种可以有效快速地再充电的可再充电能量存储装置。最后，该能量存储装置应该由尽可能环境友好的原料制成。所述目的根据本专利技术通过根据权利要求1所述的能量存储装置以及通过根据权利要求9所述的方法制造的能量存储装置来实现。提出了一种基于丝的电能存储装置，丝/蚕丝由昆虫，即蚕蛾——通常称为蚕、拉丁名字为BombyxMori——而产生的天然材料。众所周知，从化学角度，丝线由长链蛋白分子丝心蛋白(70％-80％)和丝胶蛋白(20％-30％)组成。丝心蛋白是分子量为365000kDa的β-角蛋白。丝胶蛋白也称为丝胶。丝心蛋白中的氨基酸重复序列是Gly-Ser-Gly-Ala-Gly-Ala(参见图1)。因而，本专利技术提供了一种具有阴极的电能存储装置，特别是电池。该阴极至少部分地、特别主要地基于通过将丝心蛋白碳粉与液态丝胶蛋白膏混合而制造的丝碳膏(silkcarbonpaste)。因而，阴极由丝心蛋白碳粉和液态丝胶蛋白膏和可选的其他组分的混合物制成，所述可选的其他组分具体地例如施加至所述丝碳膏的涂层、优选地为碳纳米涂层。阴极是电能存储装置的在电能存储装置或电池的放电过程期间被电化学还原的电极。因而，在放电过程期间，阴极表示正极端子，而阳极表示负极端子。为了制造所谓的丝碳膏，首先必须从生丝分离出丝心蛋白和丝胶蛋白。为了将丝心蛋白(fibroin)(纯丝)与丝胶蛋白(sericin)(丝胶)分离，通常对生丝纱线进行煮练。在也被称为精练(scouring)工艺的该工艺步骤之后，留下丝胶蛋白作为液态膏并且后续在用于进一步制造蓄电池的过程中需要该丝胶蛋白。然后在800℃的高温下对丝心蛋白进行加热并且优选地使其在该温度经历约一小时，然后冷却至约60℃的温度。这得到了粉碎形式的碳，被称为丝心蛋白碳。丝心蛋白和丝胶蛋白的分离是技术人员特别是纺织工业中的技术人员所公知的工艺，没有必要就此进行任何另外的详细说明。借助于用在电池的工业制造中的称为拌浆机的机器，丝心蛋白碳粉与液态丝胶膏混合，直至得到被称为丝碳膏的柔软均匀的物质为止。拌浆机是离心机，其以非常高的速度使丝心蛋白碳移动并且同时通过约75％的丝心蛋白和约25％的丝胶蛋白(vol％)的近似比的注入来引进或添加丝胶蛋白。阴极的丝碳膏通常涂覆有涂覆材料。涂覆材料通常组成能量存储装置的电化学过程中所涉及的活性阴极材料。因而，丝碳膏特别地具有用于在这种情况下的活性阴极材料的载体材料的功能。在优选实施方案中，采用碳纳米管以及特别地石墨化的碳纳米管作为阴极的涂覆材料。碳纳米管的制造为本领域技术人员所公知。碳纳米管具有导电以及能够承载高电流密度的优点，这导致电能存储装置的高能量密度。另外，碳纳米管表示格外刚硬和坚固的材料。采用丝碳膏作为活性阴极材料的载体导致具有关于充放电循环以及负荷容量的优异性质。由于丝碳膏通常提供的大且多孔的表面，在阴极出发生快速且高效的电化学反应。在优选实施方案中，电能存储装置包括作为阳极的锌板。在这种情况下，阴极的活性材料最好是碳。因而，阴极的丝碳膏最好涂覆有碳材料，特别地，碳纳米管。因此，在这种情况下，电能存储装置将具有锌-碳电池的相关电化学功能。所采用的电解质可以是如在常规锌-碳电池中的氯化铵NH4Cl溶液。当然，其他种类的电解质可以用在电能存储装置中。在替代实施方案中，阳极还可以由铜、银、金或镁制成、然后相应的材料被选为阴极的涂层以及电解质。如在常规电池中那样，电能存储装置的阴极与阳极之间的隔离物(也称为分隔物)可以基于纤维素、非织造纤维或聚合物膜。然而，优选地采用云母(MICA)隔离物。更优选地，隔离物由白云母制成。在这种情况下，将白云母片布置在阴极与阳极之间。白云母特别地是耐热的。MICA是拉丁文，意味着碎屑。隔离物可以是常见云母SinglassMICA或被称为白云母的钾云母。组分是KMg3Si3AlO10(OH)2，熔化温度为约900℃。对于电能存储装置或电池的制造，最好每个都为片的形式的所有三个组成部分即阴极、隔离物和阳极优选地彼此上下布置并且在压力机中在压力下被压在一起。加压压力具有使组成部分永久地接合在一起以形成电池单元的作用。然后可以将得到的电池单元切割成合适尺寸。例如，将以该方式制造的大量电池单元串联地连接以形成电能存储模块或联结在一起以形成电池组。这样的电能存储装置或电池组包括至少两个电池单元，其中每个电池单元形成所述的电能存储装置。因而，该电池组还包括至少两个丝碳膏的阴极。两个或更多个电池单元可以被串联地连接，以便于实现更高的总电压；或者被并联地连接，以便于增强电池组的容量。甚至可以将包括串联地连接的若干电池单元的第一部分电池组与同样包括串联地连接的若干电能存储装置或电池单元的第二部分电池组并联地连接。如此，可以制造具有任意总电压和容量的电能存储装置。如在下面参照特定示例性实施方案所述，为了增加电池容量，另一些电池组可以并联地连接。阴极和/或阳极不一定具有片的形式和/或必须为固体形式。在替代实施方案中，阴极和/或阳极也可以为液体、粉末或凝胶的形式。阴极和/或阳极和/或电解质和/或隔离物可以以纳米技术制作。在可行的另一实施方案中，可以在真空环境中设置阴极、阳极和隔离物以及电解质。根据本专利技术所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有阴极(3)的电能存储装置(1，13，14，21)，其特征在于所述阴极(3)至少部分地基于通过将丝心蛋白碳粉与液态丝胶蛋白膏混合而制备的丝碳膏。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.08.07 CH 01360/13;2014.02.19 EP PCT/EP2014/051.一种具有阴极(3)的电能存储装置(1，13，14，21)，其特征在于
所述阴极(3)至少部分地基于通过将丝心蛋白碳粉与液态丝胶蛋白膏混
合而制备的丝碳膏。
2.根据权利要求1所述的电能存储装置(1，13，14，21)，其特征在于
所述阴极(3)的所述丝碳膏涂覆有涂覆材料，特别地涂覆有碳纳米管。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的电能存储装置(1，13，14，21)，
其特征在于包括作为阳极(5)的锌板。
4.根据前述权利要求中之一所述的电能存储装置(1，13，14，21)，其
特征在于包括云母隔离物(7)。
5.根据权利要求4所述的电能存储装置(1，13，14，21)，其特征在于
所述隔离物(7)由白云母制成。
6.一种由至少两个根据前述权利要求中之一所述的电能存储装置
(1)构成的电池组(13，14，21)，所述电池组(13，14，21)包括至少两个
丝碳膏的阴极(3)。
7.根据权利要求6所述的电池组(13，14，21)，其特征在于所述电能
存储装置(1)串联地连接。
8.根据权利要求6所述的电池组，其特征在于所述电能存储装置(1)
并联地连接。
9.一种用于制造具有阴极(3)的电能存储装置(1，13...

【专利技术属性】
技术研发人员：赛义德·萨夫达尔·阿巴斯，
申请(专利权)人：嘉华投资有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH