一种等效三电极结构的锌-空气电池制造技术

本发明专利技术公开了一种等效三电极结构的锌‑空气电池。该电池包括：本体，所述本体中限定出反应空间；空气电极，所述空气电极设置在所述本体内部，位于所述反应空间上方且与空气接触；充电电极，所述充电电极设置在所述空气电极下方；以及锌电极，所述锌电极设置在所述本体内部且位于所述充电电极下方。该锌‑空气电池将空气电极以及充电电极设置于锌电极的同一侧，使电池结构更加紧凑；通过对电池中各电极设置方式以及电池整体结构进行设计，有效缓解使用过程中锌枝晶对于电极造成的损害，从而可以获得较高的电流密度和较为理想的电池使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种等效三电极结构的锌-空气电池
本专利技术涉及储能及动力电源领域，具体地，涉及等效三电极结构的锌-空气电池，更具体的，涉及锌-空气电池。
技术介绍
充电式锌-空气电池是一种电化学储能装置，在充放电过程中，在电极表面电能与化学能相互转换，从而完成充电-放电过程，实现电能的存储与供给。锌-空气电池具有比能量高、电化学可逆性好、安全性高、无污染、携带方便等优点。与其它金属-空气电池相比，锌-空气电池具有技术、安全、成本优势。目前的充电式锌-空气电池主要有两种，一种电池具有三电极结构，锌-空气电池具有锌电极、空气电极和充电电极，在锌电极表面发生锌的沉淀以及溶解(还原/氧化反应)，充电电极以及空气电极表面发生与其对应的氧化以及还原反应，空气电极以及充电电极置于锌电极的两侧；另一种就是利用具有氧化还原双功能催化剂的电极，锌-空气电池采用双电极结构，利用锌电极进行锌的沉淀以及溶解，利用另一个电极实现氧化反应以及还原反应。然而，目前的锌-空气电池的电极电池结构仍有待改进。
技术实现思路
本申请是基于专利技术人对以下事实和问题的发现和认识做出的：目前的充电式锌-空气电池，普遍存在无法实现快速充放电，电池充放电电流密度小，或者电池循环寿命短等问题，因而难以真正实现广泛应用。专利技术人经过深入研究发现，这主要是由于目前的锌-空气电池，锌电极表面由于需要进行锌的沉淀-溶解过程，因此电极表面形貌变化较大，在使用过程中容易引起锌枝晶的生长，而锌枝晶的持续生长易破坏电池中的其他电极，最终造成电池短路。因此，在采用三电极结构时，需要将空气电极以及充电电极置于锌电极的两侧，缓解锌枝晶对空气电极以及充电电极的破坏。然而这一结构导致电池整体结构不够紧凑，导致电池比能量降低；而采用双功能催化剂的两电极体系，在大电流密度充放电条件下，生成的大量的氧气泡会加速催化剂流失，导致空气电极失效，电池性能快速衰减；且大电流密度的工作条件容易加快锌枝晶生长，因此导致电池循环寿命不高。本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种锌-空气电池，通过对电极设置方式以及电池整体结构进行设计，使该锌-空气电极具有等效三电极结构，节约了电池空间，同时提高了电池充放电电流密度，使其在具有较高电流密度的同时，获得较为理想的电池使用寿命。具体地，本专利技术提出了一种锌-空气电池。该电池包括：本体，所述本体中限定出反应空间；空气电极，所述空气电极设置在所述本体内部，位于所述反应空间上方且与空气接触；充电电极，所述充电电极设置在所述空气电极下方；以及锌电极，所述锌电极设置在所述本体内部且位于所述充电电极下方。该锌-空气电池将空气电极以及充电电极设置于锌电极的同一侧，使电池结构更加紧凑；通过对电池中各电极设置方式以及电池整体结构进行设计，有效缓解使用过程中锌枝晶对于电极造成的损害，从而可以获得较高的电流密度和较为理想的电池使用寿命。根据本专利技术的实施例，所述充电电极为金属网。由此，便于电解液透过充电电极接触到空气电极。根据本专利技术的实施例，所述金属网能够催化析氧反应。由此，可以进一步提高充电电极的电极性能。根据本专利技术的实施例，该锌-空气电池进一步包括：支撑架，所述空气电极以及所述充电电极分别设置在所述支撑架的两侧。由此，可以进一步节约空间，使电池结构更加紧凑。根据本专利技术的实施例，所述支撑架是由导电材料构成的，所述空气电极以及所述充电电极分别与所述支撑架电连接。由此，可以简便地利用支撑架实现空气电极以及充电电极与外电路的连接。根据本专利技术的实施例，所述空气电极与所述充电电极共用同一触头，且所述支撑架的一端为所述触头。由此，可以进一步节约空间，使电池结构更加紧凑。根据本专利技术的实施例，该锌-空气电池进一步包括：电解质入口，所述电解质入口设置在所述本体上；电解质出口，所述电解质出口设置在所述本体上；储液池，所述储液池存储有电解质；导管，所述导管设置在所述电解质入口与所述储液池之间，以及所述电解质出口与所述储液池之间；以及液体输送泵，所述液体输送泵与所述导管相连。由此，可以利用导管及时将充电电极上产生的氧气导出，随电解质一同排出本体，从而可以避免大量气泡冲刷充电电极表面而对充电电极造成负面影响。根据本专利技术的实施例，所述锌电极是由碳板、不锈钢板、锌板以及多孔导电板的至少之一构成的。由此，可以进一步提高该电池的性能。根据本专利技术的实施例，所述反应空间在竖直方向上不同位置处的横截面不相同。由此，可以减弱流体(电解液)在本体中的传质，从而缓解锌枝晶的生长。根据本专利技术的实施例，所述反应空间的纵截面为梯形、塔型或者不规则多边形。由此，可以进一步减弱流体(电解液)在本体中的传质，从而缓解锌枝晶的生长。根据本专利技术的实施例，所述充电电极与所述锌电极之间的距离为5～10mm。适当的距离有利于避免距离过近而导致锌枝晶过快接触到充电电极造成电池短路，或距离过远导致电池内阻较大而造成能量循环效率低、充放电过程电压压差增大而造成锌枝晶生长加速。附图说明图1显示了根据本专利技术一个实施例的锌-空气电池的结构示意图；图2显示了根据本专利技术另一个实施例的锌-空气电池的结构示意图；图3显示了根据本专利技术又一个实施例的锌-空气电池的部分结构示意图；图4显示了根据本专利技术又一个实施例的锌-空气电池的结构示意图；图5显示了根据本专利技术又一个实施例的锌-空气电池的结构示意图；图6显示了根据本专利技术又一个实施例的锌-空气电池的结构示意图；图7显示了根据本专利技术又一个实施例的锌-空气电池的结构示意图；图8显示了根据本专利技术实施例1的锌-空气电池的充电/放电测试图；以及图9显示了根据本专利技术实施例2的锌-空气电池的充电/放电测试图。附图标记说明：本体100；空气电极200；充电电极300；锌电极400；支撑架500；触头10；电解质入口110；电解质出口120；导管20；储液池600；液体输送泵30具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术中，锌电极、空气电极以及充电电极等结构的“上方”或“之上”、“上表面”等术语表示上述结构靠近外部空气而远离内部电解质(电解液)的一侧。在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种锌-空气电池。参考图1，该电池包括：本体100、空气电极200、充电电极300以及锌电极400。具体地，本体100中限定出反应空间，以便锌电极400以及充电电极300在电解质中发生相应的氧化还原反应。空气电极200设置在本体100内部，位于反应空间上方且与空气接触，以便利用空气中的氧气发生还原反应，充电电极300设置在空气电极200下方。锌电极400设置在本体内部且位于充电电极300下方，也即是说，充电电极300以及空气电极200位于锌电极400的同一侧。通过对上述电极以及该锌-空气电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锌‑空气电池，其特征在于，包括：本体，所述本体中限定出反应空间；空气电极，所述空气电极设置在所述本体内部，位于所述反应空间上方且与空气接触；充电电极，所述充电电极设置在所述空气电极下方；以及锌电极，所述锌电极设置在所述本体内部且位于所述充电电极下方。

【技术特征摘要】
1.一种锌-空气电池，其特征在于，包括：本体，所述本体中限定出反应空间；空气电极，所述空气电极设置在所述本体内部，位于所述反应空间上方且与空气接触；充电电极，所述充电电极设置在所述空气电极下方；以及锌电极，所述锌电极设置在所述本体内部且位于所述充电电极下方，所述反应空间在竖直方向上不同位置处的横截面不同。2.根据权利要求1所述的锌-空气电池，其特征在于，所述充电电极为金属网。3.根据权利要求2所述的锌-空气电池，其特征在于，所述金属网能够催化析氧反应。4.根据权利要求1所述的锌-空气电池，其特征在于，进一步包括：支撑架，所述空气电极以及所述充电电极分别设置在所述支撑架的两侧。5.根据权利要求4所述的锌-空气电池，其特征在于，所述支撑架是由导电材料构成的，所述空气电极以及所述充电电极分别与所述支撑架电连接。6.根据权利要求5所...

【专利技术属性】
技术研发人员：裴普成，王克亮，王希忠，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11