裝備疏液性多孔膜的電化學反應器制造技術

電化學反應裝置中，第1主表面和第1主表面反對側的第2主表面之間有正極，第1主表面和第1主表面反對側的第2主表面之間有負極。正極和負極在所述同一第1主表面的兩側，雙方間隔放置，并且之間具有空隙。所述空隙中充滿導電性液體和/或電介質液體。將正極用第1隔離器具與液體隔離，第1隔離器具放置在正極的第1面，負極用第2隔離器具與液體隔離，第2隔離器具放置在負極的第1面。第1隔離器具包含多孔的第1疏水性多孔質膜，第2隔離器具包含多孔的第2疏水性多孔質膜。而且對該裝置加壓后，第1和第2疏水性多孔質膜的細孔被液體充滿，配置壓力加壓工具，使正極和負極產生關聯，發生電化學反應。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】裝備疏液性多孔膜的電化學反應器
本專利技術利用疏液性多孔質膜的耐液壓性，將其應用到電解精煉裝置、實際電池和電容器的電化學反應裝置。
技術介紹
元素周期表第1族、第2族、以及第13族內的易氧化金屬元素與水接觸后，離子化并立即自放電，產生氫氣。因此這些金屬嚴禁與水接觸，他們的析出方法除了熔融鹽電解，沒有其它的制造方法。在實際電池中，與水反應強烈的第1族及第2族元素中的Ca、Ba、Sr，它們的電解質水溶液不能用于原電池或充電電池。此外，周期表第2族元素Be和Mg或者第13族中的Al，雖然可以用于原電池，但是沒有充電電池。作為充電電池，使用第1族元素的鋰離子電池或者鈉離子電池中已經開發了非電解質水溶液(有機電解質)或是固體電解質。而且，將第1族元素的鈉用于電池，可以將其用作熔融鹽電解質，目前已經開發了300攝氏度以上高溫操作的鈉硫電池(NS)電池。我們希望實際電池的電極材料是輕的，具有高電動勢，而且具有大的放電容量。因此，元素周期表第1族元素是理想的負極材料，但是其自放電是很難避免的。導致這些實際電池、電解精煉或電容器自放電的原因是負極或正極存在于同一電解質水溶液中。因此，急切需要能夠將電解質和電極分離，抑制自放電，并且將元素周期表第1、第2及第13族所屬易氧化金屬與水隔絕的技術。我們希望電力貯存用電容器是大容量的，并且能夠快速充電放電。電化學電容器是滿足該要求的理想電容器。此外雙電層電容器、氧化還原容器、混合電容器也可以滿足該要求。但是這類電容器的缺點是會漏電和自放電。因此，我們急需開發抑制漏電的技術。自放電時和負極金屬溶解同時發生時，產生的電子與氫離子反應生成氫氣，此時電子不會向正極移動，因此也不會產生電流。一般情況下，抑制電解質水溶液自放電的方法有一下幾類。專利文獻1中，堿性蓄電池的正極上設置了鎳基孔構件，這個鎳基孔構件中充填了鎳和其它活性粒子，證實可以減少自放電。專利文獻2中，將堿性蓄電池電極的相對面積增大，實際反應面積沒有減少的電極形狀，從而抑制了自放電。專利文獻3中，磺化聚烯烴樹脂纖維作為主成分制成片層，未磺化處理的片層親水化處理，制成層積體隔板。從而減少自放電并保證了容量，是長壽命的堿性電池。專利文獻4中，公開展示了將微結晶硅膜和非結晶硅膜等鋰吸收和釋放活性物質薄膜作為中間層鋪設在集電體上，作為鋰電池用電極。專利文獻5公開展示了多孔質肽酸是鋰電池上的電極活性物質，對非水電解質的浸漬性良好，具有更好的充放電循環特性。專利文獻6中，公開展示了將具有吸收和釋放陰離子的碳活性物質作為正極，將吸收和釋放Na的負極活性材料Sn、Zn作為負極的鈉充電電池。為了熔融鈉，鈉硫電池需要在300攝氏度時才能形成熔融鹽。但是在專利文獻7中，將雙氟磺酰亞胺(FSI)作為陰離子，堿金屬M作為陽離子，使用以上兩種熔融鹽組成物時，熔融鹽MFSI生成溫度只要60～130度，從而能夠用于電池。關于電解質和電極之間的隔離膜，專利文獻8公開了孔徑0.1μm以下的聚烯烴微多孔膜具有熱穩定性，適合用于高容量/高放電電池的隔板。專利文獻9中，公開了將二氧化硅、氧化鋁等之制成的鱗片狀無機多孔膜放置在正負電極和隔板中間，不會影響離子傳導，能夠維持了電池的性能。專利文獻10中。公開展示了非水系二次電池使用的隔離膜。其可以是含有鹵素的耐熱性多孔質膜，或是耐熱性樹脂和多孔質聚烯烴制成的疊層膜，還可以是耐熱性樹脂和短片組成的層與多孔質聚烯烴制成層壓薄膜。專利文獻11公開展示了，將孔隙率60-90％，通氣度20秒以下的氟素疏水性多孔質膜用于固體高分子型燃料電池。專利文獻12、專利文獻13和專利文獻14，公開展示了氟系疏水性多孔質膜在結合能量為128kcal/mol的原子和親水基化合物存在的條件下，經準分子激光的照射，變為氟系疏水性多孔質膜的制造方法。另外，專利文獻15中氟系疏水性多孔質膜的內孔經紫外線照射后產生光反應，親水基團置換。呈現親水性的內壁孔可以培養多巴胺產生細胞，成纖維細胞，產膠原蛋白細胞，干細胞，髓核細胞，胰島素產生細胞等。可以為帕金森氏病，阿爾茨海默氏病，糖尿病，骨軟化癥患者提供立體細胞營養素的培養方法。另外村原正隆等根據非專利文獻1，報道了孔徑33μm的疏水性多孔質氟樹脂膜的耐水壓有1500torr，但是將細孔內部的親水性用光改變后，耐水壓可以降至20torr。因此他提出這種改良的膜可以用于青光眼患者，用作房水壓調節器。【現有技術文獻】【專利文獻】【專利文獻1】日本專利9－180714【專利文獻2】日本專利2009－181710【專利文獻3】日本專利2002－63890【專利文獻4】國際公開WO01/031724【專利文獻5】日本專利2012－12261【專利文獻6】日本專利2013－54987【專利文獻7】日本專利2009－67644【專利文獻8】日本專利2013－32535【專利文獻9】日本專利2011－222129【專利文獻10】日本專利2009－224097【專利文獻11】國際申請公開WO2007/80763【專利文獻12】日本專利2005－253305【專利文獻13】美國專利6167497【專利文獻14】歐洲專利0644227【專利文獻15】日本專利2011－184260【專利文獻16】日本專利2009－295789【專利文獻17】日本專利2013－138050【專利文獻18】日本專利2006－193612【專利文獻19】日本專利2012－30637【專利文獻20】日本專利2013－166406【非專利文獻】【非專利文獻1】ProceedingofSPIEVol.4245,P.221-227(2001)【非專利文獻2】電気二重層キャパシタと蓄電システム日刊工業新聞社(1999)【非專利文獻3】再生可能エネルギーを考える《原発に有終の美を》パワー社出版(2011)【非專利文獻4】“風力よ”エタノール化からトウモロコシを救え《風力発電による海洋資源回収と養生工場》パワー社出版(2007)
技術實現思路
【本專利技術要解決的問題】元素周期表中第1、2和13族的易氧化金屬元素溶解于水時，會產生電子，與水分子電離產生的氫離子反應生成氫氣。氫氣產生后，易氧化金屬(負極)產生的電子減少，電流從負極向正極移動。這種現象被稱為自放電。本研究想要解決問題是：生產能夠抑制自己放電的實際電池電池，并且對水中溶解的易氧化金屬元素電離分解，直接回收易氧化金屬元素。電化學電容器中，如非專利文獻2公開所示，雙電層電容器、氧化還原電容器或混合型電容器等使用強酸或強堿的水溶液作為電解質。專利文獻16公開展示了，將第1電極和第2電極及第1和第2隔板從扁平的形狀轉變成卷曲的形狀，提供卷繞芯以增加兩個電極的表面上的壓力，并且增厚隔板抑制內部電阻，從而抑制漏電。專利文獻17展示了將碼頭電容器的電極材料從鎳或不銹鋼改變為鋁和銅，以減少內部電阻。本課題想要解決的問題是抑制這些電化學容器的內部阻力，減少了電流的泄漏。金屬電解精煉時，電解液中希望的金屬在負極析出的情況下，可以是離子化能量比氫小，容易被水和酸侵蝕的易氧化金屬。比如說鋰、鉀、鋇、鈣、鈉、鎂、鋁、鈦、錳、鋅、鉻、鐵、鎘、鈷、鎳、錫和鉛。這些中，一開始會與水發生激烈的反應。然后與水反應逐漸變難，但是會與酸產生反應。然而本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種電化學反應裝置，包括：正極位于第一主表面和該第一主表面的相反側的第二主表面之間；負極位于第一主表面和該第一主表面的相反側的第二主表面之間；其中所述正極的和負極位于第一主表面的相對面，相互間隔排列，中間有空隙；所述的空隙裝滿導電性液體和/或電介質液體；所述的正極第1面配置有所述的正極，第1隔離工具放置在正極內隔離液體。第1隔離器是具有很多小孔的第1疏水性多孔質膜；所述的負極第1面配置有所述的負極，第2隔離工具放置在負極內隔離液體。第2隔離器是是有很多小孔的第2疏水性多孔質膜；以及對所述液體加壓后，上述液體充滿第1和第2疏水性多孔質膜的細孔，對電化學反應裝置配置壓力加壓工具，使正極和負極發生電化學反應。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2013.09.06 JP 2013-1852901.一種電化學反應裝置，包括正極、負極、導電性液體和/或電介質液體、第1疏水性多孔質膜、第2疏水性多孔質膜和壓力加壓工具：正極，所述正極具有第一主表面和該第一主表面的相反側的第二主表面；負極，所述負極具有第一主表面和該第一主表面的相反側的第二主表面；其中所述正極和所述負極的第一主表面是彼此相對的，所述正極和負極相互間隔排列，中間有空隙；所述的空隙裝滿導電性液體和/或電介質液體；第1疏水性多孔質膜為具有多個細孔的氟化樹脂，所述第1疏水性多孔質膜將配置在所述正極第一主表面的正極與所述液體隔離；第2疏水性多孔質膜為具有多個細孔的氟化樹脂，所述第2疏水性多孔質膜將配置在所述負極第1主表面的負極與所述液體隔離；以及壓力加壓工具對所述液體加壓后，所述液體充滿第1和第2疏水性多孔質膜的細孔，使正極和負極發生電化學反應。2.根據權利要求1所述的電化學反應裝置，其特征在于，所述的液體為電解質水溶液，所述的加壓與第1、第2疏水性多孔質膜的耐液壓相等。3.根據權利要求1所述的電化學反應裝置，其特征在于，所述的液體是油，所述的加壓是與第1、第2疏水性多孔質膜的耐油壓相等。4.根據權利要求2所述的電化學反應裝置，其特征在于，對所述的液體施加與所述第1、第2疏水性多孔質膜耐水壓相等的壓力，為了改變所述耐水壓的壓力值，對所述第1、第2疏水性多孔質膜使用孔徑大小不一樣的多孔質膜，或者改變電解質水溶液的鹽濃度和/或液體溫度，或者在第1、第2疏水性多孔質膜間施加電位，通過與所述液體的壓力相對應，控制經過第1、第2疏水性多孔質膜液體的離子量。5.根據權利要求2所述的電化學反應裝置，其特征在于，所述電化學反應裝置除了收納所述壓力加壓工具外，還收納儲存電解質水溶液的密閉容器，所述密閉容器內部的電解質水溶液獲得與疏水性多孔質膜耐水壓相等的壓力。6.根據權利要求2所述的電化學反應裝置，其特征在于，所述的第1和第2的疏水性多孔質膜由中空密閉袋構成，該中空密閉袋內充填電解質水溶液時，預先將化學品溶質封入中空密閉袋并放置在水蒸氣的環境，或是在外部壓入水，或是在中空密閉袋內部放置連通管注入電解質，或是在中空密閉袋一側施加疏水性多孔質膜耐水壓以下的壓力變為負壓狀態，另一側壓入電解質水溶液，或者在中空密閉容器的一側壁面涂布醇類，溶媒或電解質水溶液從醇類涂布面浸入中空密閉容器后，自然放置或加熱揮發醇類，將電解質水溶液封入中空密閉容器。7.根據權利要求1所述的電化學反應裝置，其特征在于，所述液體發生電化學反應時，正極與負極由通電后的電極板制成，或由電極室制成，所述電極室包括在經受電解裝置時收集電極產物的裝置；當電極用于充電電池時，該電極板的負極是兩性元素和Mg或1、2族元素中除去離子化傾向比氫氣...

【專利技術屬性】
技術研發人員：村原正隆，
申請(專利權)人：株式會社M光能源開發研究所，
類型：發明
國別省市：日本;JP