用于金属空气电池的阳极和电解质制造技术

本发明专利技术关注一种金属空气电池(1)，优选铝空气电池，其具有阴极(7)、阳极(11)以及阴极(7)和阳极(11)之间的电解质，其中，阳极(11)包括阳极主体(12)，阳极主体(12)包含钠基体(53)中的粒子(54)，粒子(54)由铝合金制成，和/或电解质由包含至少一个卤素和至少一个表面活性剂的含水酸或者含水碱液组成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于金属空气电池、尤其铝空气电池的阳极。本专利技术进一步涉及一种用于金属空气电池、尤其铝空气电池的电解质。本专利技术额外地涉及一种装备有至少一个这种阳极和/或一个这种电解质的金属空气电池。
技术介绍
金属空气电池通常是主要电池，即不可充电原电池，其由于相应的金属与大气氧气的化学反应而产生特定电压。这种原电池还能够指代燃料电池。不同于原电池，蓄电池是所谓的可充电池，其能够充电。用于锌-空气电池的示范结构公知于WO2012/156972A1。用于使用在可充电电池中的锌电极公知于WO2013/150519A1。WO2013/128445A1公知了一种金属空气电池，其中，借助于液化器移除用过的燃料，即锌。从WO2013/150520A1公知了利用清洗溶液冲洗用于金属空气电池的电解质以将电池转换为备用模式。从WO2013/150521A1公知了按照需要复原用于金属空气电池的电解质。从WO2014/009951A1公知了连接金属空气电池至可充电能存储设备，即可充电池，以这种方式使得通过对应分配功率要求至金属空气电池和相应的可充电池而满足改变功率要求。通过该方式，金属空气电池被可充电池缓存，能够以相对恒定方式操作金属空气电池，这是由于功率波动能够被可充电池补偿。对可充电电池的控制公知于DE112010002707T5、DE112009000223T5、DE102011002549A1、DE102013107033A1以及从DE2417571A。金属空气电池对使用在电动车辆中能够具有极大兴趣，这是由于它们具有非常高化学能量密度。借助于这些金属空气电池，相比于可充电池电动车辆的范围能够增加显著。金属空气电池的问题在于，功率控制的实施方式能够使电能动态适应适合于车辆，电能能够借助于金属空气电池输送至车辆实际所需的电能。在具有电动电动机驱动的车辆中，所需电能经受严厉波动，该严厉波动得自于通常非稳态状态驱动模式。如果金属空气电池设计成用于高功率，那么甚至当仅需要相当小功率时电池寿命降低。相应地，通常需要复杂功率控制，例如与可充电电池结合作为功率缓存器。
技术实现思路
本专利技术关注的问题是提供的用于金属空气电池或者用于相关操作方法或者用于装备有其的车辆的一种改进实施例，尤其其特征在于，用于电池的高效率和/或高寿命。根据本专利技术该问题通过独立权利要求的主题解决。有利实施例是从属权利要求的主题。根据本专利技术的第一独立方案，阳极包括阳极主体，其包含钠基体中的铝合金粒子。与包含水的电解质结合，接触具有水的钠时剧烈反应通常发生，但是，在该情况下水被铝粒子稳定。不过，阳极或者阳极主体在相应的电解质中存在良好的溶解性，这能够使其具有高电功率。利用根据本专利技术提议的阳极能够改善金属空气电池的能量效率。在优选实施例中，粒子具有的粒子尺寸为10μm至100μm，优选40μm至60μm。在实施例中，粒子具有的粒子尺寸为大约50μm是特别有利的。所选择的粒子尺寸的结果是，获得用于铝合金的较大表面，这有利于期望的电解反应。在另一有利实施例中，阳极主体中的粒子含量能够位于40％至80％的范围，优选60％至70％的范围。在该情况下阳极主体中的粒子含量为大约65％的实施例是特别有利的。前述百分率细节涉及重量百分比。然后阳极主体中的剩余含量由钠基体形成。相应地，具有65％粒子含量的基体具有阳极主体中35％的含量。特别重要的是，在实施例中铝合金包含锆。通过将锆与铝合金化，能够防止阳极表面上钝化层的形成暴露至电解质，具体至这种程度，使得不优选形成氢气，而同时由于传递过电压显著降低损失。在阳极表面的电解导致钝化阳极表面，这限定传递过电压。钝化层越大，渗透钝化层所需的传递过电压越高。通过添加锆，因而能够降低钝化层的形成，这降低了传递过电压。重要的是，钝化层的形成不完全被合金化锆抑制。不存在钝化层将具有的结果是，在铝的情形下铝接触水时分解以形成氢气。但是，在金属空气电池内部这种氢气的强形成在电解质中是不期望的。根据有利的进一步发展，铝合金能够包含0.01％至1.00％的锆，优选容量为0.05％至0.80％的锆。容量为大约0.5％的锆是特别有利的。尤其，除了通常不可避免的杂质，铝合金的剩余物由铝形成。此处百分率细节还涉及重量百分比。此外，为了生产这种阳极，提议了一种方法，在该方法中，包括将铝合金的粒状材料引入熔融钠，并且其中，利用被引入其中的铝粒状材料来铸造包括熔融钠的阳极或者阳极主体。尤其，因而能够实现杆状柱形阳极主体。此外，根据本专利技术提议使用包含钠基体中的铝合金粒子的固体作为金属空气电池的阳极的阳极主体。根据本专利技术的第二独立方案，用于金属空气电池的电解质由包含至少一个卤素以及至少一个表面活性剂的含水酸或者含水碱液形成。优选含水碱液。借助于相应的卤素，能够改善阳极表面的化学反应，这是因为添加卤素的结果，酸或者碱液能够更好地渗透相应的金属阳极的钝化层。作为添加相应的表面活性剂的结果，能够改善电化学反应，这是因为表面活性剂改善了具有电解质的阳极表面的电子交换。此外，表面活性剂使得改善了形成在反应期间的气体的溶解，这还改善了化学反应。因而根据本专利技术的电解质还导致改善金属空气电池的能量效率。有利地，相应的酸或者碱液在水中包括10％至40％的含量。优选20％±5％酸或者碱液。此处百分率细节再次涉及重量百分比。根据有利实施例，卤素能够在酸或者碱液中包括0.1％至4.0％，优选0.5％至2％的含量。此处其还涉及重量百分比。卤素优选包括氟化物，尤其五氟化钾铝。在另一实施例中，酸或者碱液能够包含浓度为0.1％至2％的表面活性剂，优选浓度为0.2％至1％。优选表面活性剂为十二烷基硫酸钠。根据本专利技术，额外地提议使用一种由含水酸或者含水碱液组成的成分，其包含至少一个卤素以及至少一个表面活性剂作为金属空气电池(优选铝空气电池)的电解质。在根据本专利技术的能够优选构造为铝空气电池的第一金属空气电池中，其设置成构造至少一个正如先前描述类型的阳极。在根据本专利技术的能够优选构造为铝空气电池的第二金属空气电池中，其设置成构造正如先前描述类型的电解质。此处优选的是，在实施例中，优选构造为铝空气电池的金属空气电池包括至少一个具有先前描述类型的阳极以及具有先前描述类型的电解质。关于其结构优选的是，这种金属空气电池基于这样的总体构思：将金属阳极布置在就其本身而言布置在电池壳体中的中空柱形阴极中。电解质空间径向位于阳极和阴极之间。空气空间径向位于阴极和壳体之间。这导致极其紧凑的结构用于电池，由此能够实现高功率密度。此外，一方面，该结构能够尤其有利的流动引导电解质，另一方面该结构能够尤其有利的流动引导空气。因而，提供了通向壳体的空气路径，其从流体地连接至空气空间的壳体的空气入口通向流体地连接至空气空间的壳体的空气出口。因而能够借助于空气供给设备产生随着空气路径以及作用在阴极上的空气流。此外提供了通过壳体的电解质路径，其从流体地连接至电解质空间的壳体的电解质入口通向流体地连接至电解质空间的壳体的电解质出口。现在能够借助于电解质供给设备生成随着电解质路径以及作用在阳极和阴极上的电解质流动。共轴布置壳体、空气空间、阴极、电解质空间以及阳极的结果是，能够实现用于空气路径以及用于电解质路径的低流动阻力，使得本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于铝空气电池的阳极包括阳极主体(12)，其在钠基体(53)中包含铝合金的粒子(54)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.29 DE 102014208047.91.一种用于铝空气电池的阳极包括阳极主体(12)，其在钠基体(53)中包含铝合金的粒子(54)。2.根据权利要求1所述的阳极，其特征在于，所述粒子(54)具有的粒子尺寸为10μm至100μm，优选40μm至60μm。3.根据权利要求1或2所述的阳极，其特征在于，阳极主体(12)中粒子(54)的含量位于40％至80％的范围，优选60％至70％。4.根据权利要求1至3中任一项所述的阳极，其特征在于，所述铝合金包含锆。5.根据权利要求4所述的阳极，其特征在于，所述铝合金包含0.01％至1.00％的锆。6.根据权利要求5所述的阳极，其特征在于，所述铝合金包含0.05％至0.80％的锆。7.使用在钠基体(53)中包含铝合金的粒子(54)的固体作为金属空气电池(1)的阳极(11)的阳极主体(12)。8.一种用于制造用于铝空气电池(1)的阳极(11)的方法，-其中，将包括铝合金的粒状材料引入熔融钠，-其中，利用引入的粒状材料铸造包括所述熔融钠的所述阳极(11)的阳极主体(12)。9.一种用于铝空气电池(1)的电解质，由含水酸或者含水碱液组成，所述含水酸或者含水碱液包含至少一个卤素和至少一个表面活性...

【专利技术属性】
技术研发人员：彼得·恩勒特，
申请(专利权)人：马勒国际有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE