中性铝--空气电池及其制备方法技术

一种中型功率两电池为一体的静止中性电解液铝－空气电池及其制备工艺，本发明专利技术的铝电极经熔化Ａｏｏ纯铝、加入Ｇａ、Ｉｎ、Ｍｇ、Ｓｎ、Ｂｉ、Ｐ等，浇铸、热处理、热轧、冷轧、退火、铆铜片等工艺制成。电池结构设有扁螺柱上开出两扁槽、铝电极引线钩挂在两扁槽内，有效防止电极引线挂错。还采用了叉形螺柱与扁螺柱构成一完整螺柱，用螺母与上盖、弹性圈与壳体形成紧密封接。电池壳体不设极柱。本发明专利技术电池的成本低，密封性能好，无极柱腐蚀问题，电解液可用一般食盐水或海水。（*该技术在2011年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术属于化学电源及制备方法。一种中型功率两电池为一体的静止中性电解液铝-空气电池及其制备方法，已有技术的中性铝-空气电池多为大功率电池组，带有强制电解液循环流动系统或阳极低频振荡系统，以及空气对流系统等辅助设备，结构复杂，其铝电极多用Al-Ga-In-Tl、Al-Ga-In-P或Al-Ga-Sn等合金铝。采用的原料为99.99%的高纯铝及含有0.2%的昂贵金属Ga，成本高。电解液为NaCl和Na2SO4混合溶液或氯化物和氟化物混合溶液。〔A.R.Despic，Proc.First Int.Workshop React.Metal-Air Batteries，University of Bonn，West Germany，July 9-11，1979;A.R.Despic and P.D.Milanovic，“Aluminum-Air Battery for Electric Vehicles”Rec.Trav.Int.Sciences Techniques Academie Serbe Sciences Arts 12(1)1-18(1979);A.R.Despic，“Proc of the 29th IUPAC Congress，Cologne Feoleral Republie of Germany，5-10 June，1983”，1984 P267-274;D.M.Drazic，A.R.Despic and S.K.Zecevic，Fuell Cell Trens in Research and Application p105～125(1987)〕;静止电解液小功率中性铝-空气电池的体积大，结构不能保证空气对流，工作电流小，铝电极为Al-0.2%Ga-0.2%Sn，可间歇放电40小时，但铝的利用率极低〔日本专利昭62-37885〕;国内市场上已有的中性铝-空气电池用于电池灯，其密封方法只能设计成园筒形电池组，不便于电池灯具的各种造型设计，极柱腐蚀严重，极易损坏;更换铝电极时易将铝电极装错，造成电池短路。本专利技术的目的是采用成本低、活性高的铝合金作电池负极、廉价的食盐水或海水作电解液和本专利技术的电池结构，制成静止电解液的中型功率机械再充电中性铝-空气电池，克服已有技术存在的缺点。本专利技术的中性铝-空气电池制造工艺为将A00纯铝锭(纯度99.7%)装入放在井式电炉内的石墨坩埚中，加热熔化成850～950℃的铝液，按重量百分比加入0.01～0.1%Ga、0.01～0.1%In、0.05～0.5%Mg、0.05～0.3%Sn、0.05～0.2%Bi和0.03～0.1%P等，用石墨棒迅速搅匀，浇铸成500×120×50mm的铝合金锭，将铝合金锭装入箱式炉中加热至300～600℃恒温4～10小时，然后先热轧至2mm，再冷轧成0.4mm厚的铝合金带，将其在150～550℃下恒温1～6小时退火处理，取出裁成7.0×5.5cm的片，铆上50×4×0.1mm的铜片，铆接处涂漆，制成电位相对饱和甘汞电极电位为-1.47V的铝电极电流效率可达97%。本专利技术所用的空气电极是按催化层+防水层+导电网+防水层的顺序叠加后以150～350Kg/cm2的压力压制而成，其面积为7.4×6.9cm，其中防水层是聚四氟乙烯和乙炔黑按重量比2∶1～1∶2混合滚压制成，聚四氟乙烯以乳液形式加入，将制成的0.5～1mm厚的防水层膜装入箱式炉，先在150～300℃下加热1～2.5小时，再升温到300～380，加热10～90分钟，冷却到室温。本专利技术的电池结构如附附图说明图1、附图2、附图3、附图4，为两只电池夹一扁塑料螺柱6连为一体，扁螺柱6从电池组中央部位突出，在扁螺柱6顶部靠近两侧平面处开设相对的两扁槽6a，两电池的铝电极13和12的引线13a和12a紧贴扁螺柱6的两侧平面，钩挂在两扁槽6a中，将150ml食盐水或海水分别倒入A、B两电池壳体10A和10B中，达到淹没空气电极8和9，扣上电池组上盖11，扁螺柱6穿过上盖11的扁孔11a而突出在上盖11上，位于扁螺柱6两旁的两个空气对流孔柱10b分别穿入上盖11的两圆孔11b中，插上叉形螺柱2，两铝电极引线13a和12a分别与叉形螺柱2的扁铜极柱3和4紧密接触，拧紧螺母1，将上盖11压紧，弹性圈14就被分别压入上盖11的方框11d与电池壳体10A和10B上部的半槽10a组成的沟槽中而密封。插头7插入叉形螺柱2的插孔中，插头7上的金属环9b与叉形螺柱2上的金属环3a接触，金属环3a与扁铜极柱3为一体，而金属环9b与B电池的空气电极9的引线9a相连，将A与B两电池串联，插头7上的金属环8b与空气电极8的引线8a相连，又与扁螺柱2上的金属环5a接触，金属环5a与铜极柱5为一体，极柱4与5为电池组的负与正极柱。电池工作时内部产生的气体由上盖11上的两个带有透气膜的园孔11c排出。本专利技术的电池可作电池灯等中型功率的电源使用，用作电池灯电源时，电池灯的照明部分应与叉形螺柱设计为一体，插头7同时可作灯具开关。本专利技术的中性铝-空气电池的突出优点是铝合金电极活性高，电流大、成本低;空气电极防水层采用热处理的碳质聚四氟乙烯制成，工艺简单，防水性好，电池结构及密封工艺可保证电池组外形可制成园筒形、椭园形、方形等，以满足电池灯等用电器的造型设计要求;本专利技术的结构消除了极柱腐蚀现象，可避免用户补充铝电极时可能将其装反;电解液采用食盐水或海水，成本低。实施例按上述结构制成的两电池为一体的中性铝-空气电池组，其铝合金电极按下列方法制成将A00纯铝锭放入井式电阻炉中的石墨坩埚内，将其加热熔成950℃的铝液，加入0.04%Ga、0.01%In、0.15%Sn、0.04%P，用石墨棒快速搅匀，浇铸成500×120×50mm的合金铝锭。将合金铝锭放入箱式炉中，在450℃下恒温6小时，取出，先热轧至2mm，再冷轧成0.4mm厚的合金铝带，再放入箱式炉内400℃恒温4小时退火处理。将退火后的合金铝带裁成7.0×5.5cm的片、在其一边中部铆上50×4×0.1mm的铜片，铆接处涂漆，制成电位相对饱和甘汞电极电位为-1.47V、电流效率为97%的铝电极;空气电极按催化层+防水层+导电网+防水层的顺序叠加后以250Kg/cm2的压力压制而成，其面积为7.4×6.9cm，其防水层是由聚四氟乙烯和乙炔黑按重量比1∶1混合滚压成膜，聚四氟乙烯以乳液形式加入，将滚压成的防水层膜装入箱式炉在250℃下恒温2小时，再升温至330℃恒温30分钟冷却，获得具有良好疏水性能的防水层膜。将上述中性铝-空气电池用于电池灯，可驱动电压为2V，电流0.75A的灯泡连续照明8小时以上，间歇照明两天，每天4小时。权利要求1.一种中型功率静止中性电解液铝--空气电池及其制备方法，由两个电池构成一体，铝电极为Al-Ga-In-Tl、Al-Ga-In-P、Al-Ga-Sn等合金铝，本专利技术的特征是电池组可设计成圆筒形、椭圆形、方形等，其结构上设有扁形螺柱6，带有三个极柱的叉形螺柱2，拧紧螺母1，上盖11和弹性圈14，插头7，空气电极防水层，铝合金电极。2.根据权利要求1所述的中型功率静止中性电解液铝-空气电池及其制备方法，其特征是两电池为一体结构中间突出一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种中型功率静止中性电解液铝－－空气电池及其制备方法，由两个电池构成一体，锃电极为Ａｌ－Ｇａ－Ｉｎ－Ｔｌ、Ａｌ－Ｇａ－Ｉｎ－Ｐ、Ａｌ－Ｇａ－Ｓｎ等合金铝，本专利技术的特征是电池组可设计成圆筒形、椭圆形、方形等，其结构上设有扁形螺柱６，带有三个极柱的叉形螺柱２，拧紧螺母１，上盖１１和弹性圈１４，插头７，空气电极防水层，铝合金电极。

【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：李振亚，刘稚蕙，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]