全固态可分离式铝空气电池制造技术

本发明专利技术涉及一种全固态可分离式铝空气电池，属于铝空气电池领域。电池结构包括聚合物碱性凝胶电解质储备层、多孔铝阳极、阳极支架、凝胶空气电极、壳体、盖板与紧固螺栓。聚合物碱性凝胶电解质储备层与多孔铝阳极镶嵌在装有集流体的阳极支架上，凝胶空气电极覆盖在多孔铝阳极上，并全部安装在电池壳体内并与盖板被紧固螺栓固定。其中阳极支架可在壳体内滑动，由定位球定位。本发明专利技术中使用的聚合物碱性凝胶电解质储备层与多孔铝阳极为可替换件，在电池放电完毕后可进行机械式更换。与其他铝空气电池相比，本发明专利技术具备很强的防泄漏功能，并减少了以往铝空气电池中严重的副反应和析氢现象。

【技术实现步骤摘要】
全固态可分离式铝空气电池
本专利技术涉及铝空气电池
，特别涉及一种全固态可分离式铝空气电池，是一种全固态，铝阳极与凝胶空气电极可分离式的铝空气电池单体。
技术介绍
随着电子设备的井喷式发展，小至手机、移动电脑及微电子器件，大至电动汽车等，均依赖电池提供电力。目前电池容量是限制各种电子设备续航能力的技术瓶颈。金属空气燃料电池以其极高的容量及能量密度，成为下一代电池的理想备选方案。可用于金属空气燃料电池的阳极材料包括锂、镁、锌及铝等，基本原理都是使用空气中的氧气作为氧化齐U，完成电化学反应。其中，铝金属具有容量密度高(2.98Ah/g)、能量密度高(8.10Wh/g)的特点，并且铝资源在我国储量丰富、价格低廉、安全稳定及无毒环保，是金属空气燃料电池的理想阳极材料。现有铝空气电池存在的主要技术问题包括，液态的电解质会渗透过多孔空气电极形成泄露，以及铝金属在电解质中迅速腐蚀失效同时放出氢气。电解质在铝空气电池中具有重要作用，一方面电解质隔离阴极和阳极防止短路，另一方面可以提供电化学反应所需离子。目前应用最广的是基于水溶液体系的电解质，其特点是电导率高、制备方便，但缺点是极易从多孔空气电极的氧气扩散通道中渗出。近年，有些论文和专利提出可以在空气电极材料中掺杂PTFE粉末或乳液可以有效抑制电解液泄露，但此方法同时阻碍了氧气及电解质的活性离子向电极表面扩散。另外一个阻碍铝空气电池发展的问题是金属阳极析氢腐蚀。金属铝溶于强酸或强碱电解液会形成自放电，降低其实际利用率；同时这种反应会析出氢气，使用时会产生安全隐患。现有铝空气电池方案多采用弱碱溶液或中性盐溶液抑制阳极腐蚀速率，但电池活性及可用容量均受到了限制。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种全固态可分离式铝空气电池，解决了现有技术存在的上述问题。本专利技术所述的全固态可分离式铝空气电池方案即采用聚合物碱性凝胶电解质技术，从根本上杜绝传统铝空气电池可能发生的泄露问题，同时具有优秀电化学性能，该凝胶电解质可以有效抑制铝阳极腐蚀；更重要的是本专利技术所述的可分离的结构设计，可以有效的减少不工作时发生的腐蚀析氢等问题，可在搁置不用时将多孔铝阳极与凝胶空气电极分离，从而避免其析氢腐蚀，提高电池铝阳极的利用率和使用时的安全性。本专利技术的上述目的通过以下技术方案实现: 全固态可分离式铝空气电池，多孔铝阳极2镶嵌在阳极支架3内，聚合物碱性凝胶电解质层1、阳极支架3、凝胶空气电极4依次安装于壳体5内，盖板6通过紧固螺栓7固定在壳体5上。所述的聚合物碱性凝胶电解质层I的制备过程是:固体氢氧化钾12克溶于19克去离子水，加入0.8克氧化锌，水浴超声振荡，得到澄清透明的液体A ;MBA(双丙烯酰胺)0.3克加入2克AA (丙烯酸)，混合溶解得到溶液B ;过硫酸钾(K2S2O8) 0.04克溶于2克去离子水得到溶液C ;溶液A、B混合，使用滤纸滤去白色颗粒不溶物，得到澄清液体D，滴加溶液C，稍加搅拌，得到碱性凝胶溶液E ;将溶液D平铺在玻璃基底上，静置5分钟固化成型，形成3毫米厚的凝胶层。上述各种材料用量仅提供一种成分比例，具体应用时可按实际需求调整。所述的凝胶空气电极4的制备过程是:活性炭70克、乙炔黑10克、氧化镧8克、氧化锶2克、电解二氧化锰10克、PVDF 8 (聚偏氟乙烯)充分混合；加入SDBS (十二烷基苯磺酸钠)分散剂7克，溶于NMP (N甲基吡咯烷酮)至400毫升，固体物质含量为320毫克/毫升，强力搅拌30分钟；得到的悬浊液均匀涂在泡沫镍上，室温干燥后形成多孔空气电极；将多孔空气电极一侧用溶液D润湿，再将溶液E平铺其上并静置成型，使部分凝胶渗入多孔空气电极中并在其表面形成一毫米厚的凝胶层。上述各种材料用量仅提供一种成分比例，具体应用时可按实际需求调整。所述的多孔铝阳极2为多孔铝板，实际面积率为37%，材料本身为含有微量铟、锡等的合金，铝板一侧涂有耐腐蚀涂层15，铝板上设有铝板孔洞16允许聚合物碱性凝胶电解质储备层I与凝胶空气电极4接触并进行离子扩散。所述的阳极支架3边缘上的滑块10与壳体5内壁上的导轨11嵌合，阳极支架3可在壳体5内滑动；壳体5上设有定位球8与定位弹簧9，由阳极支架3边缘上的定位孔18定位；阳极支架设有移动柄14伸出盖板6外，可通过外力作用实现多孔铝阳极2与聚合物碱性凝胶电解质储备层I的分离与接合。所述的阳极支架3采用耐强碱性腐蚀的材料制成，中间安装泡沫镍质的阳极集流网17。所述的聚合物碱性凝胶电解质储备层I与多孔铝阳极2为可替换件，在电池放电过程中消耗殆尽，可进行机械式替换，快速恢复电力。本专利技术的有益效果在于:本专利技术与其它铝空气电池相比，全固态可分离式铝空气电池中使用的电解质是固态的聚合物碱性凝胶。由于考虑电池需要离子的高导通性，所以其他铝空气燃料电池使用了液体电解质。但是液体电解液自身的流动性会让它渗透过空气极从而产生泄露。而常见的利用PTFE的乳浊液或者颗粒添加在空气极中防止泄露的办法，但导致了空气电极内离子的导通性和气体的扩散性会有所下降，从而导致电池性能的下降。本专利技术中使用聚合物碱性凝胶电解质的电导率为460mS/cm，其导电能力已经接近了液体电解质，所以本专利技术使用上述聚合物碱性凝胶电解质取代了普通铝空气电池中使用的液体电解质，从而从根本上避免了电池中电解液泄漏的问题。本专利技术中使用的聚合物碱性凝胶中含有丙烯酸，而丙烯酸对铝的腐蚀和析氢具有一定抑制作用，所以使用聚合物碱性凝胶电解质也具有了一定抑制铝阳极的腐蚀和析氢。在本电池进行的恒电流放电测试中，测试得到的电容量为1166mAh/g，能量密度为1230mWh/g，达到了其他现有铝空气燃料电池的水平。为了进一步抑制铝电极本身的自放电腐蚀和析氢现象，本专利技术设计了一种可分离结构，当电池停止工作时，可使铝电极和聚合物碱性凝胶电解质层分离，从而提高了电池的使用效率。【附图说明】此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本专利技术的示意性实例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。图1为本专利技术的结构示意图； 图2为本专利技术的电池壳体结构示意图； 图3为本专利技术的多孔铝阳极与阳极支架结构示意图； 图4为本专利技术的定位球与定位弹簧结构示意图。图中:1、聚合物碱性凝胶电介质层；2、多孔铝阳极；3、阳极支架；4、凝胶空气电极；5、壳体；6、盖板；7、紧固螺栓；8、定位球；9、定位弹簧；10、支架滑块；11、壳体内导轨；12、定位螺钉；13、紧固螺母；14、移动柄；15、耐腐蚀涂层；16、铝板孔洞；17、阳极集流网；18、阳极定位孔；19、螺栓孔；20、移动柄通孔；21、定位螺纹孔；阳极支架外框架；23、阳极卡槽。【具体实施方式】下面结合附图进一步说明本专利技术的详细内容及其【具体实施方式】。参见图1至图4所示，本专利技术的全固态可分离式铝空气电池，包括聚合物碱性凝胶电解质储备层1、多孔铝阳极2、阳极支架3、凝胶空气电极4、壳体5、盖板6、紧固螺栓7，所述多孔铝阳极2镶嵌在阳极支架3内，聚合物碱性凝胶电解质层1、阳极支架3、凝胶空气电极4依次安装于壳体5内，盖板6通过紧固螺栓7固定在壳体5上。所述的聚合物碱性凝胶电解质储备层I的制备过程为:在烧杯中将固体氢氧化钾(KOH) 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全固态可分离式铝空气电池，其特征在于：多孔铝阳极（2）镶嵌在阳极支架（3）内，聚合物碱性凝胶电解质层（1）、阳极支架（3）、凝胶空气电极（4）依次安装于壳体（5）内，盖板（6）通过紧固螺栓（7）固定在壳体（5）上。

【技术特征摘要】
1.一种全固态可分离式铝空气电池，其特征在于:多孔铝阳极(2)镶嵌在阳极支架(3)内，聚合物碱性凝胶电解质层(I)、阳极支架(3)、凝胶空气电极(4)依次安装于壳体(5)内，盖板(6)通过紧固螺栓(7)固定在壳体(5)上。2.根据权利要求1所述的全固态可分离式铝空气电池，其特征在于:所述的聚合物碱性凝胶电解质层(I)的制备过程是:固体氢氧化钾12克溶于19克去离子水，加入0.8克氧化锌，水浴超声振荡，得到澄清透明的液体A ;双丙烯酰胺0.3克加入2克丙烯酸，混合溶解得到溶液B ;过硫酸钾0.04克溶于2克去离子水得到溶液C ;溶液A、B混合，使用滤纸滤去白色颗粒不溶物，得到澄清液体D，滴加溶液C，搅拌，得到碱性凝胶溶液E ;将溶液D平铺在玻璃基底上，静置5分钟固化成型，形成3毫米厚的凝胶层。3.根据权利要求1所述的全固态可分离式铝空气电池，其特征在于:所述的凝胶空气电极(4)的制备过程是:活性炭70克、乙炔黑10克、氧化镧8克、氧化锶2克、电解二氧化锰10克、聚偏氟乙烯充分混合；加入十二烷基苯磺酸钠分散剂7克，溶于N甲基吡咯烷酮至400毫升，固体物质含量为320毫克/毫升，强力搅拌30分钟；得到的悬浊液均匀涂在泡沫镍上，室温干燥后形成多孔空气电极；将多孔空气电极一侧用溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：于影，左春柽，左雨欣，张昭，刘子会，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：