热能供能电化学电池制造技术

本公开提供了一种热能供能电化学电池，其包括阳极、阴极和固体金属聚合物/玻璃电解质。相比于固体金属聚合物/玻璃电解质的总重量，固体金属聚合物/玻璃电解质包含1重量％至50重量％的金属聚合物，并且相比于固体金属聚合物/玻璃电解质的总重量，固体金属聚合物/玻璃电解质包含50重量％至90重量％的固体玻璃电解质。固体玻璃电解质包括工作阳离子和电偶极子。热能供能电化学电池可用于捕获来自各种来源的热量，包括太阳能，废热和体热。热能供能电化学电池可以被制成大面积薄电池。

Thermal energy electrochemical cell

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】热能供能电化学电池
本公开涉及通过热能进行供能的包含固体金属聚合物/玻璃电解质的电化学电池。背景电化学电池具有被电解质隔开的两个电极，即阳极和阴极。在传统的电化学电池中，这些电极中的材料同时具有电子活性和化学活性。阳极是化学还原剂，并且阴极是化学氧化剂。阳极和阴极都能够获得和失去离子，通常能够获得和失去相同的离子，该离子被称为电池的工作阳离子。电解质是工作离子的导体，但通常它不能获得和失去离子。电解质是电子绝缘体，它不允许电子在电池内移动。在传统的电化学电池中，在电化学电池循环之前，阳极和阴极两者或至少其中之一包含工作阳离子。电化学电池通过具有电子和离子成分的两个电极之间的反应来运行。电解质对电池内部的工作阳离子进行传导，并且迫使也参与反应的电子通过外部电路。电池可以是简单的电化学电池，或者可以是多个电化学电池的组合。可充电电化学电池和包含这种电化学电池的可充电电池组通常使用来自外部电源的电能进行充电。
技术实现思路
本公开提供了一种热能供能电化学电池，其包括阳极、阴极和固体金属聚合物/玻璃电解质。与固体金属聚合物/玻璃电解质的总重量相比，固体金属聚合物/玻璃电解质包含1重量％至50重量％的金属聚合物，并且与固体金属聚合物/玻璃电解质的总重量相比，固体金属聚合物/玻璃电解质包含50重量％至90重量％的固体玻璃电解质。固体玻璃电解质包含工作阳离子和电偶极子。下列附加特征可以与上述热能供能电化学电池组合，可以与本说明书中的任何其他特征组合，并且可以任何组合彼此组合，除非明确相互排斥：i)热能供能电化学电池在给定温度下或给定温度范围内可递送的电功率(Pdis)是具有相同阳极，相同阴极和固体玻璃电解质但缺少金属聚合物的电化学电池的至少85％；ii)热能供能电化学电池在给定温度下或给定温度范围内可递送的电功率(Pdis)是具有相同阳极，相同阴极和固体玻璃电解质但缺少金属聚合物的电化学电池的至少125％；iii)热能供能电化学电池的杨氏模量可以小于120GPa/mm2；iv)固体金属聚合物/玻璃电解质的杨氏模量可以小于120GPa/mm2；v)热能供能电化学电池的最大外表面的表面积至少为1m2；vi)在25oC下，固体金属聚合物/玻璃电解质的离子电导率至少为固体玻璃电解质的离子电导率的25％；vii)阳极可包括金属箔；viii)阳极可包括碳；ix)金属聚合物可以包括金属聚丙烯酸盐；x)金属聚丙烯酸盐可包括聚丙烯酸钠；xi)金属聚合物可以包括金属聚乙二醇；xii)金属聚合物中的金属可以包括钠(Na)、锂(Li)或铝(Al)；xiii)固体金属聚合物/玻璃电解质可以粘附在阴极、阳极或这两者上；xiv)工作阳离子可以包括锂离子(Li+)、钠离子(Na+)、钾离子(K+)、镁离子(Mg2+)、铜离子(Cu+)或铝离子(Al3+)；xv)偶极子可具有通式AyXz或通式Ay-1Xz-q，其中，A是Li、Na、K、Mg和/或Al，X是S和/或O，0<z≤3，y足以确保通式AyXz的偶极子的电荷中性或通式Ay-1Xz-q的偶极子的-q电荷，并且1≤q≤3；xvi)偶极子可以包括最高达固体玻璃电解质重量的50重量％的偶极子添加剂；xvii)偶极子添加剂可以包括具有通式AyXz或通式Ay-1Xz-q的化合物中的一种或其组合，其中，A是Li、Na、K、Mg和/或Al，X是S、O、Si和/或OH，0<z≤3，y足以确保通式AyXz的偶极子添加剂的电荷中性或通式Ay-1Xz-q的偶极子添加剂的-q电荷，并且1≤q≤3；xviii)阴极可包括金属箔；xix)阴极可包括碳；xx)阴极可包括金属泡沫；xxi)阴极可包括金属氧化物；xxii)热能供能电化学电池可以由太阳能进行供能；xxiii)热能供能电化学电池可以由体热进行供能；xxiv)热能供能电化学电池可以由废热进行供能。本公开还包括一种热能供能电池系统，其包括本文上面或他处所述的任何热能供能电化学电池。本公开还包括热能供能电池系统，其包括本文上面或他处所述的任何热能供能电化学电池，以及电连接到热能供能电化学电池的可充电电池或燃料电池。附图说明为了更全面地理解本专利技术及其特征和优点，现在结合附图进行以下描述。图1是根据本公开的热能供能电化学电池的示意性截面图。图2是为LED进行供能的热能供能Al/Na+-玻璃+聚合物/Cu电化学电池的照片。专利技术详述本公开涉及热能供能电化学电池和热能供能电池，以及包含这种热能供能电化学电池和热能供能电池的各种装置，以及使用这种电化学电池和电池的方法。这些热能供能装置可以将热能转换成直流电。诸如图1所示的热能供能电化学电池10包含两个电极20，即阴极20a和阳极20b，在它们之间具有如本文所述的固体金属聚合物/玻璃电解质30。电极20可以是大面积电极。固体金属聚合物/玻璃电解质30包括固体玻璃电解质40(表示为其包含的偶极子)和金属聚合物50。热能供能电化学电池使用工作阳离子，该工作阳离子可以是碱金属阳离子，例如Li+、Na+、K+，或金属阳离子，例如Mg2+、Cu+和/或Al3+。热能供能电化学电池可以是全固态电化学电池。电池，例如本公开的热能供能电池，包含至少具有另外的组件的电化学电池，所述另外的组件例如是另一电化学电池，壳体，电触件，控制设备(例如计算机或处理器)，仪表或传感器，或安全设备(例如切断开关或灭火设备)。因此，电池可以像纽扣电池、果冻卷形电池(jellyroll)或棱柱形电池一样简单，或者像汽车或其他车辆电池或大型网格、家用或工业蓄电池一样复杂。本公开的热能供能电池可以是全固态电池。下文更具体地描述了热能供能电化学电池，但是本公开同样适用于包含这种热能供能电化学电池的热能供能电池。热能供能和自充电/自循环本公开的热能供能电化学电池也表现出自充电和自循环行为。自充电是在电化学电池中在开路时不施加充电电功率(Pch)的情况下的充电反应。电化学电池的化学反应包括通常涉及工作阳离子的离子成分和涉及电子转移的电子成分。在电化学电池化学反应的离子成分位于阳极和电解质之间而不是像传统电化学电池一样位于两个电极之间的情况下发生自充电，但是电子成分仍然像传统电化学电池一样保留在两个电极之间。当电解质不仅包含具有高离子电导率的工作阳离子，而且还包含平移迁移率较慢的电偶极子时，会发生自充电和相关的自循环现象。在开路时，没有电子流流过，电化学电池的开路电压Voc是两个电极(可能只是集电器)的化学能(费米能级)之差除以电子电荷的量e。开路时电化学电池中化学反应的驱动力是要求在异质结界面处相互接触的两种材料的化学能相等；化学反应通过跨界面或在界面任一侧上的带电粒子的运动和/或产生而在异质结界面上形成双电层电容器(EDLC)。在传统电化学电池中，电极/电解质本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种热能供能电化学电池，其包括：/n阳极；/n阴极；和/n固体金属聚合物/玻璃电解质，其包含：/n相比于固体金属聚合物/玻璃电解质的总重量，1重量％至50重量％的金属聚合物；和/n相比于固体金属聚合物/玻璃电解质的总重量，50重量％至90重量％的固体玻璃电解质，/n其中，所述固体玻璃电解质包含：/n工作阳离子；和/n电偶极子。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171012 US 15/782,4431.一种热能供能电化学电池，其包括：
阳极；
阴极；和
固体金属聚合物/玻璃电解质，其包含：
相比于固体金属聚合物/玻璃电解质的总重量，1重量％至50重量％的金属聚合物；和
相比于固体金属聚合物/玻璃电解质的总重量，50重量％至90重量％的固体玻璃电解质，
其中，所述固体玻璃电解质包含：
工作阳离子；和
电偶极子。


2.如权利要求1所述的热能供能电化学电池，其中，所述热能供能电化学电池在给定温度下或给定温度范围内递送的电功率(Pdis)是具有相同阳极，相同阴极和固体玻璃电解质但缺少金属聚合物的电化学电池的至少85％。


3.如权利要求1所述的热能供能电化学电池，其中，所述热能供能电化学电池在给定温度下或给定温度范围内递送的电功率(Pdis)是具有相同阳极，相同阴极和固体玻璃电解质但缺少金属聚合物的电化学电池的至少125％。


4.如权利要求1所述的热能供能电化学电池，其中，所述热能供能电化学电池的杨氏模量小于120GPa/mm2。


5.如权利要求1所述的热能供能电化学电池，其中，所述固体金属聚合物/玻璃电解质的杨氏模量小于120GPa/mm2。


6.如权利要求1所述的热能供能电化学电池，其中，所述热能供能电化学电池的最大外表面的表面积至少为1m2。


7.如权利要求1所述的热能供能电化学电池，其中，在25℃时，固体金属聚合物/玻璃电解质的离子电导率至少为固体玻璃电解质的离子电导率的25％。


8.如权利要求1所述的热能供能电化学电池，其中，所述阳极包括金属箔。


9.如权利要求1所述的热能供能电化学电池，其中，所述阳极包括碳。


10.如权利要求1所述的热能供能电化学电池，其中，所述金属聚合物包括金属聚丙烯酸盐。


11.如权利要求10所述的热能供能电化学电池，其中，所述金属聚丙烯酸盐包括聚丙烯酸钠。


12.如权利要求1所述的热能供能电化学电池，其中，所述金属聚合物包括金属聚乙二醇。


13.如权利要求1所述的热能供能电化学电池，其中，所述金属聚合物中的金属包括钠(Na)、锂(Li)或铝(Al)。...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·B·高德伊娜弗，M·H·S·S·德奥利维拉布拉嘎，A·默奇森，
申请(专利权)人：海德勒魁北克，
类型：发明
国别省市：加拿大;CA