具有多種充電模式的電池制造技術

本發明專利技術提供了一種具有多種充電模式的電池，包括電化學陽極、陰極和半透膜，半透膜設置于電化學陽極和陰極之間，電化學陽極與半透膜之間設有陽極電解質溶液，所述陽極電解質溶液中為至少可沉積Cr、V、Zn、Ga、Fe、Cd、In和Cu中之一金屬的水性鍍液，半透膜的一側與陽極電解質溶液相接觸，半透膜的另一側與陰極相接觸設置。本發明專利技術的電池中鋁空氣電池開路電壓可達到2.5伏，鎂空氣電池的開路電壓可達到2.9伏，采用水性電解液有較高的功率密度，陽極不析氫，無發熱，電解液不碳化，可使鎂鋁空氣電池的轉換效率大幅度提高，本發明專利技術可使用燃料化學充電，還可使用直流電充電，采用水性電解液，無燃爆危險。

Battery with multiple charging modes

The present invention provides a variety of charging mode of battery, including electrochemical anode, cathode and membrane, semipermeable membrane arranged on the electrochemical anode and cathode, the anode electrolyte is arranged between the anode and the electrochemical semipermeable membrane, the anode electrolyte solution for aqueous solution at least one of the metal deposition of Cr, V, Zn, Ga Fe, In, Cd, and Cu, one side of which is in contact with the anode electrolyte membrane, the other side with the cathode contact arranged semipermeable membrane. The invention of the battery in the aluminum air battery open circuit voltage can reach 2.5 volts, the open circuit voltage of the magnesium air battery can reach 2.9 volts, the power density of aqueous electrolyte has higher anode, not hydrogen, no fever, no electrolyte carbonation, can make the magnesium air battery conversion efficiency is greatly improved, the invention can be used chemical fuel charging, can also use DC charging, with water electrolyte, no explosion risk.

【技術實現步驟摘要】
具有多種充電模式的電池
本專利技術涉及一種電池，具體涉及一種具有多種充電模式的電池。
技術介紹
移動設備和電動交通工具迫切需要電池技術獲得突破。現有的質子交換膜燃料電池由于質子交換膜和貴金屬催化劑高昂的價格而難以普及。鋰電池使用有機電解液無法從根本上解決安全性問題。鋁，鎂理論上有較高的儲能密度，但現有的鋁鎂電池存在發熱嚴重，放電電壓滯后，開路電壓遠小于理論電壓，堿性電解液與空氣中的二氧化碳反應，陰極壽命短的缺陷，采用雙電解液的鋁鎂金屬空氣電池和采用離子液體電解質的鋁鎂金屬空氣電池轉換效率較高，但由于電解液電導率低，功率密度很低，現有技術還無法使鋁鎂空氣電池普及應用。
技術實現思路
本專利技術為了解決現有的技術的不足而提供了一種具有多種充電模式的電池，本專利技術的電池中鋁空氣電池開路電壓可達到2.5伏，鎂空氣電池的開路電壓可達到2.9伏，本專利技術從根本上解決了傳統金屬空氣電池的陰極析氫缺陷，由于無析氫腐蝕反應同時也防止了金屬空氣電池的熱失控現象，本專利技術的電池無放電滯后缺陷，本專利技術的電池陽極部分不與空氣直接接觸避免了碳化反應，可使鎂鋁空氣電池的轉換效率大幅度提高，本專利技術可使用燃料化學充電，還可使用直流電充電，無燃爆危險。為了達到上述目的，本專利技術采用如下技術方案：本專利技術提供了一種具有多種充電模式的電池，包括電化學陽極、陰極和半透膜，半透膜設置于電化學陽極和陰極之間，電化學陽極與半透膜之間設有陽極電解質溶液，所述陽極電解質溶液中為至少可沉積Cr、V、Zn、Ga、Fe、Cd、In和Cu中之一金屬的水性鍍液，半透膜的一側與陽極電解質溶液相接觸，半透膜的另一側與陰極相接觸設置。所述電化學陽極包括至少一片金屬陽極。所述電化學陽極為多片金屬陽極時，多片金屬陽極中的相鄰兩片金屬陽極之間相平行設置。所述陰極為氧化劑空氣再生式空氣陰極，空氣陰極包括陰極電極和陰極電解液，陰極電解液中含有氧化劑，所述氧化劑放電反應的部分生成物能夠和氧氣反應，生成能夠溶于陰極電解液的反應產物。所述陽極電解質溶液為無氰鍍鋅液、無氰鍍鎳液或無氰鍍鉻液。所述陽極電解質溶液設置為可循環式電解質，能夠補充陽極電解質溶液中的還原劑。所述金屬陽極的材質為鋁或鎂。所述陰極電解液使用循環流動式電解質，能夠加注氧化劑。本專利技術電池可以在陰陽極短時直流充電，充電時陽極電極表面沉積出鋅、鎳、鉻金屬。與現有技術相比，本專利技術取得的有益效果：本專利技術的電池中鋁空氣電池開路電壓可達到2.5伏，鎂空氣電池的開路電壓可達到2.9伏，采用水性電解液有較高的功率密度，陽極不析氫，無發熱，電解液不碳化，可使鎂鋁空氣電池的轉換效率大幅度提高，本專利技術可使用燃料化學充電，還可使用直流電充電，采用水性電解液，無燃爆危險。附圖說明圖1為具有兩個陽極的電池結構示意圖。圖2是圖1的主視圖。圖3是圖2的A-A向視圖。圖4是圖1的俯視圖。圖5是陰極電解液和陽極電解液采用可循環結構時的電池結構示意圖。圖6是圖5的俯視圖。圖7是圖6的主視圖。圖8是圖5的左視圖。圖9是圖8的A-A向視圖。圖10是圖8的B-B向視圖。具體實施方式下面結合附圖對本專利技術進一步說明：無氰鍍鋅液采用東莞市彗源表面材料有限公司的y3191型鍍液，無氰鍍鉻液和無氰鍍鎳液購買自蘇州旭峰環保科技有限公司。電化學陽極包括至少一片金屬陽極；電化學陽極為多片金屬陽極時，多片金屬陽極中的相鄰兩片金屬陽極之間相平行設置；通常選用鋁或鎂材質作為陽極材料，由于陽極電解質溶液4可在鋁鎂表面置換沉積出至少有Cr、V、Zn、Ga、Fe、Cd、In和Cu中之一金屬的保護膜，傳統鋁鎂金屬電池結構的析氫腐蝕反應在本專利技術中變為金屬置換沉積反應，沉積出的金屬可參與放電反應，使得鋁鎂電池轉換效率得以提高。所述電化學陽極包括至少一片金屬陽極。所述電化學陽極為多片金屬陽極時，多片金屬陽極中的相鄰兩片金屬陽極之間相平行設置。所述半透膜可防止陰陽極發生酸堿中和反應，可防止陰極氧化劑與陽極還原劑發生反應。所述陰極為氧化劑空氣再生式空氣陰極，空氣陰極包括陰極電極和陰極電解液，陰極電解液中含有氧化劑，所述氧化劑放電反應的部分生成物能夠和氧氣反應，生成能夠溶于陰極電解液的反應產物本，此氧化劑再生反應在電池停用期間也能繼續進行再生反應，增強了短時大電流放電能力。所述陽極電解質溶液為無氰鍍鋅液、無氰鍍鎳液或無氰鍍鉻液。所述金屬陽極的材質為鋁或鎂。所述陰極電解液使用循環流動式電解質，能夠加注氧化劑。本專利技術的陽極電解質溶液設置為可循環式電解質，此時電池可方便加注還原劑（燃料）作為能量物質，由還原劑在陽極電極表面還原沉積出金屬單質參與放電反應完成化學充電。本專利技術陰極電解質可以使用可循環式結構，此時陰極可方便加注氧化劑可以在無空氣環境下使用。本電池可使用氧化劑空氣再生式陰極，陰極電解液中溶解有氧化劑，該氧化劑放電反應的部分生成物能夠和氧氣反應，生成能夠溶于陰極電解液的反應產物，該反應產物為上述氧化劑。例如，本專利技術可以采用與氧氣有反應活性的氮氧化物和碘化物作為陰極添加劑，陰極電解液中的氮氧化物放電反應的產物一氧化氮析出，空氣與一氧化氮生成二氧化氮能與水發生歧化反應生成強氧化劑硝酸和析出一氧化氮，硝酸中的五價氮具有較高的氧化還原電位，提高了電池電壓，還可添加碘化物，碘離子在酸性條件下與氧氣反應生成碘單質，碘單質可作為氧化劑儲存在碘化物溶液中，上述的添加劑可以單獨使用也可混合使用，上述添加劑在空氣環境下完成了氧化劑再生和儲存，使得在缺乏空氣的環境也能夠工作。本專利技術使用了半透膜使得陰極和陽極電解質可以有各自獨立的成份，適合的pH值，使陰陽極各自在適合的酸堿度下進行電化學反應，陰極11可以使用強氧化性成分，陽極使用強還原性電解質，提高了電池的開路電壓和工作電壓，鋁空氣電池開路電壓可達2.5伏，鎂空氣電池可達2.9伏，遠高于傳統鋁空氣電池的1.7伏，和傳統鎂空氣電池的1.4伏。本專利技術利用水性可化學鍍金屬離子沉積陽極材料，還原劑（燃料）選擇范圍寬，能量轉換效率高。本專利技術的陽極以鋁或鎂作為主要儲能物質，陰極電解液中的鋅鎳鉻主要作用為保護鋁鎂陽極，防止析氫，但是鋅鎳鉻都是可在水性電解液中沉集的金屬，也就具備了可充電能力，這種充電容量不大，但是作為動力電池使用時用作制動回饋充電是有意義的，同理，采用補充還原劑充電也是這種結構的一種輔助用途，作為應急充電，在作為汽車動力電池使用時也有應用空間。本專利技術中的電池的氧化劑補充來源于空氣，與傳流的空氣陰極直接使用催化劑催化氧氣的還原反應不同，本專利技術的陰極中存有少量的氧化劑，因為有了這少量的氧化劑使得電池具備了短時大電流放電的能力。本專利技術的電池用于大型結構時，還原劑和氧化劑皆可以獨立存儲，電池中僅有少量氧化物和還原物，安全性高，本電池使用水性電解質，無燃爆危險。本專利技術的電池具有多種結構，如圖1-4所示，為一種設置多個陽極的結構。此時，圖1中的陰極為一個陰極體系，包含正常現有陰極的所有結構。該實施方式中，陽極設置有兩組陽極電極：陽極電極Ⅰ13和陽極電極Ⅱ14，陽極電極Ⅱ14內設置陽極電解液15，陽極電極Ⅰ1浸泡在陽極電解液15中，陽極電極Ⅱ14內還設置為半透膜12，陽極電極Ⅰ13與半透膜12之間設有陽極電解質溶液15，半透膜12一側接觸陰極11，另一側接觸陽極電解液15。在陽極的兩組電極上加上直本文檔來自技高網...

【技術保護點】
具有多種充電模式的電池，包括電化學陽極、陰極和半透膜，半透膜設置于電化學陽極和陰極之間，電化學陽極與半透膜之間設有陽極電解質溶液，其特征在于：所述陽極電解質溶液中為至少可沉積Cr、V、Zn、Ga、Fe、Cd、In和Cu中之一金屬的水性鍍液，半透膜的一側與陽極電解質溶液相接觸，半透膜的另一側與陰極相接觸設置。

【技術特征摘要】
1.具有多種充電模式的電池，包括電化學陽極、陰極和半透膜，半透膜設置于電化學陽極和陰極之間，電化學陽極與半透膜之間設有陽極電解質溶液，其特征在于：所述陽極電解質溶液中為至少可沉積Cr、V、Zn、Ga、Fe、Cd、In和Cu中之一金屬的水性鍍液，半透膜的一側與陽極電解質溶液相接觸，半透膜的另一側與陰極相接觸設置。2.根據權利要求1所述的具有多種充電模式的電池，其特征在于：所述電化學陽極包括至少一片金屬陽極。3.根據權利要求1所述的具有多種充電模式的電池，其特征在于：所述電化學陽極為多片金屬陽極時，多片金屬陽極中的相鄰兩片金屬陽極之間相平行設置。4.根據權利要求1所述的具有多種充電模式的電池，其特征在于：所述陰極為...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張國印，
申請(專利權)人：劉芙蓉，
類型：發明
國別省市：河南,41