一種金屬空氣電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明創(chuàng)造涉及空氣電池，具體涉及一種金屬空氣電池。
【背景技術(shù)】
[0002]相關(guān)技術(shù)中，采用了這樣一種方法，使用鎳離子和鐵離子的組合作為電池的陰極材料。然而為了滿足陰極的管件的厚度需求，常常會剩余大量的金屬顆粒，導致能量的損失和電池成本的增加。此外，在充放電周期中，隨著金屬鹵化物量的增長，電池的衰退嚴重，進而電池的性能問題受到影響。
【實用新型內(nèi)容】
[0003]本實用新型的目的在于避免現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足之處而提供一種金屬空氣電池。
[0004]本實用新型的目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):
[0005]提供了一種金屬空氣電池，其特征在于:包括鈉陽極、空氣陰極和固體電解質(zhì)；所述鈉陽極和空氣陰極之間為固體電解質(zhì)；所述固體電解質(zhì)是一個β氧化鋁固體電解質(zhì)；所述鈉陽極是一個熔融鈉陽極；所述空氣陰極包括碳、催化劑和陰極電解質(zhì)。
[0006]優(yōu)選地，所述催化劑為金屬或金屬氧化物。
[0007]優(yōu)選地，金屬空氣電池還包括陰極端板、氧化鋁環(huán)、金屬墊片和陽極端板；所述陰極端板和陽極端板位于金屬空氣電池的兩個相對端；所述陰極端板上對稱開設(shè)有用于將環(huán)境中的空氣推入金屬空氣電池中的空氣入口和用于將空氣從金屬空氣電池中排出的廢氣出口，所述的空氣入口和廢氣出口沿金屬電池的中軸線對稱設(shè)置；所述氧化鋁環(huán)對稱設(shè)置于所述金屬電池兩端包圍著所述鈉陽極、空氣陰極和固體電解質(zhì)；陰極端板和陽極端板通過氧化鋁環(huán)進行壓縮。
[0008]優(yōu)選地，金屬空氣電池還設(shè)置有一個與陽極端板相耦合的用于支撐鈉陽極金屬墊片；以及與空氣陰極耦合的屬絲網(wǎng)。
[0009]優(yōu)選地，金屬絲網(wǎng)是一個鉬絲網(wǎng)。
[0010]優(yōu)選地，所述催化劑為金屬或金屬氧化物；所述金屬至少為以下物質(zhì)中的一種:Pt、Pd、Ag和Au ;所述金屬氧化物為Μη02;所述陰極電解質(zhì)是有機溶劑加上鈉鹽或者是離子液體加上鈉鹽；述有機溶劑至少為以下物質(zhì)中的一種:有機碳酸酯、醚類、酯類和甘醇二甲醚；所述有機碳酸酯至少包括以下物質(zhì)中的一種:碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯和碳酸二甲酯；所述醚類至少包括以下物質(zhì)中的一種:四氫呋喃醚和二惡烷。
[0011]優(yōu)選地，所述離子液體至少包括以下物質(zhì)中的一種:1-乙基-3-甲基咪唑雙(三氟甲基磺酰)酰亞胺、1- 丁基-3-甲基咪唑鑰雙(三氟甲基磺酰)酰亞胺、1- 丁基-1-甲基吡咯啉雙(三氟甲基磺酰)酰亞胺和1-丁基-1-甲基哌啶鑰雙(三氟甲基磺酰)亞胺。
[0012]優(yōu)選地，所述鈉鹽至少包括以下物質(zhì)中的一種:NaBr、Nal、NaPFjP NaSO 3CF3。
[0013]本實用新型的有益效果:
[0014]本發(fā)明的所采用的陰極活性材料為空氣，不是存儲于電池內(nèi)，而是使用環(huán)境中的空氣。通過位于空氣陰極內(nèi)部的催化劑，空氣電化學性的減少，形成一個氧化或過氧化氫離子，進一步與陰極上的陽離子發(fā)生反應(yīng)。本發(fā)明所述的金屬空氣電池由于降低了材料的成本的同時，提高了材料的可用性，因此，具有很強的實用性。此外，金屬空氣電池的鈉陽極和空氣陰極是分離的，所以，鈉離子可在充電和放電期間在電極間傳輸。金屬空氣電池具有適中的操作溫度范圍，已達到最優(yōu)的電解質(zhì)和電極的電化學性能，提高了電荷的轉(zhuǎn)移和降解功能。
【附圖說明】
[0015]圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2為金屬空氣電池在第一個周期的放電和充電曲線圖。
[0017]圖3為金屬空氣電池的電池容量衰退超過10個后期的曲線圖。
[0018]其中:100-金屬空氣電池，110-陰極端板，120-空氣陰極，130-金屬絲網(wǎng)，140-氧化鋁環(huán)，
[0019]150-固體電解質(zhì)，160-鈉陽極，170-陽極端板，180-金屬墊片，190-氧化鋁墊圈，195-空
[0020]氣入口，197-廢氣出口。
【具體實施方式】
[0021]結(jié)合以下實施例對本實用新型作進一步描述。
[0022]如圖1所示，本實用新型的實施例提供的一種金屬空氣電池100，包括鈉陽極160、空氣陰極120和固體電解質(zhì)150 ;鈉陽極160和空氣陰極120之間為固體電解質(zhì)150。金屬空氣電池100的可操作溫度范圍為100°C?200°C。
[0023]固體電解質(zhì)150是一個β氧化鋁固體電解質(zhì)；所述鈉陽極160是一個熔融鈉陽極；所述空氣陰120極包括碳、催化劑和陰極電解質(zhì)，優(yōu)選地，所述催化劑為金屬或金屬氧化物。優(yōu)選地，所述催化劑為金屬或金屬氧化物；所述金屬至少為以下物質(zhì)中的一種:Pt、Pd、Ag和Au ;所述金屬氧化物為Μη02;所述陰極電解質(zhì)是有機溶劑加上鈉鹽或者是離子液體加上鈉鹽；述有機溶劑至少為以下物質(zhì)中的一種:有機碳酸酯、醚類、酯類和甘醇二甲醚；所述有機碳酸酯至少包括以下物質(zhì)中的一種:碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯和碳酸二甲酯；所述醚類至少包括以下物質(zhì)中的一種:四氫呋喃醚和二惡烷。
[0024]優(yōu)選地，所述離子液體至少包括以下物質(zhì)中的一種:1-乙基-3-甲基咪唑雙(三氟甲基磺酰)酰亞胺、1- 丁基-3-甲基咪唑鑰雙(三氟甲基磺酰)酰亞胺、1- 丁基-1-甲基吡咯啉雙(三氟甲基磺酰)酰亞胺和1-丁基-1-甲基哌啶鑰雙(三氟甲基磺酰)亞胺。
[0025]優(yōu)選地，所述鈉鹽至少包括以下物質(zhì)中的一種:NaBr、Nal、NaPFjP NaSO 3CF3。
[0026]在本實施例中，金屬空氣電池100還包括從上到下布設(shè)的陰極端板110、氧化鋁環(huán)140、金屬墊片180和陽極端板170 ;所述陰極端板110和陽極端板170位于金屬空氣電池100的兩個相對端；為了將空氣從金屬空氣電池100中排出，所述陰極端板110上對稱開設(shè)有用于將環(huán)境中的空氣推入金屬空氣電池100中的空氣入口 195和用于將空氣從金屬空氣電池100中排出的廢氣出口 197，所述的空氣入口 195和廢氣出口 197沿金屬電池100的中軸線對稱設(shè)置。所述空氣陰極120中設(shè)置有一金屬絲網(wǎng)130 ;所述金屬墊片180緊鄰鈉陽極160下方，所述金屬墊片180位于陽極端板170上；所述氧化鋁環(huán)140對稱設(shè)置于所述金屬電池100兩端包圍著所述鈉陽極160、空氣陰極120和固體電解質(zhì)150 ;所述氧化鋁環(huán)140的上下端分別設(shè)置有氧化鋁墊圈190 ;陰極端板110和陽極端板170通過分別設(shè)置有氧化鋁墊圈190的氧化鋁環(huán)140進行壓縮。
[0027]此外，如圖1所示，金屬空氣電池100還設(shè)置有一個與陽極端板170相耦合的用于支撐鈉陽極160金屬墊片180 ;以及與空氣陰極120耦合的屬絲網(wǎng)130，優(yōu)選地，金屬絲網(wǎng)130是一個鉬絲網(wǎng)。
[0028]圖2所示是金屬空氣電池100的操作溫度為150°C、電流密度為0.16mA/cm2時，金屬空氣電池100在第一個周期的放電和充電曲線圖，金屬空氣電池100的第一個周期的充電電壓量為4.0V，第一周期的放電電容量為6.0Ah。
[0029]如圖3所示為金屬空氣電池100超過10個周期后的電池容量衰退曲線圖。在第一個周期后，金屬空氣電池100的性能發(fā)生顯著的衰退，測試后的分析表明，在金屬空氣電池100放電過程中，產(chǎn)生的主要產(chǎn)物是NaCl，而不是Na20，這是由于在放電過程中，Na+和C1在空氣陰極120上發(fā)生反應(yīng)而生成NaCl。
【主權(quán)項】
1.一種金屬空氣電池，其特征在于:包括鈉陽極、空氣陰極和固體電解質(zhì)；所述鈉陽極和空氣陰極之間為固體電解質(zhì)；所述固體電解質(zhì)是一個β氧化鋁固體電解質(zhì)；所述鈉陽極是一個熔融鈉陽極；所述空氣陰極包括碳、催化劑和陰極電解質(zhì)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬空氣電池，其特征在于:所述催化劑為金屬或金屬氧化物。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬空氣電池，其特征在于:金屬空氣電池還包括陰極端板、氧化鋁環(huán)、金屬墊片和陽極端板；所述陰極端板和陽極端板位于金屬空氣電池的兩個相對端；所述陰極端板上對稱開設(shè)有用于將環(huán)境中的空氣推入金屬空氣電池中的空氣入口和用于將空氣從金屬空氣電池中排出的廢氣出口，所述的空氣入口和廢氣出口沿金屬電池的中軸線對稱設(shè)置；所述氧化鋁環(huán)對稱設(shè)置于所述金屬電池兩端包圍著所述鈉陽極、空氣陰極和固體電解質(zhì)；陰極端板和陽極端板通過氧化鋁環(huán)進行壓縮。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種金屬空氣電池，其特征在于:金屬空氣電池還設(shè)置有一個與陽極端板相耦合的用于支撐鈉陽極金屬墊片；以及與空氣陰極耦合的屬絲網(wǎng)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種金屬空氣電池，其特征在于:金屬絲網(wǎng)是一個鉬絲網(wǎng)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬空氣電池，其特征在于:所述催化劑為金屬或金屬氧化物。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種金屬空氣電池，其特征在于:所述金屬氧化物為ΜηΟ2。
【專利摘要】本實用新型公開了一種金屬空氣電池，包括鈉陽極、空氣陰極和固體電解質(zhì)；所述鈉陽極和空氣陰極之間為固體電解質(zhì)；所述固體電解質(zhì)是一個β氧化鋁固體電解質(zhì)；所述鈉陽極是一個熔融鈉陽極；所述空氣陰極包括碳、催化劑和陰極電解質(zhì)。
【IPC分類】H01M12/06
【公開號】CN205159472
【申請?zhí)枴緾N201520746619
【發(fā)明人】楊云軒, 胡家郡
【申請人】湘潭大學興湘學院
【公開日】2016年4月13日
【申請日】2015年9月23日