[發明專利]堿金屬電池

有效

• 申請號: 200880103959.0
• 申請日: 2008-08-22
• 公開（公告）號: CN101821883A
• 公開（公告）日: 2010-09-01
• 發明（設計）人: 約翰·斯托弗
• 申請（專利權）人: 約翰·斯托弗
• 主分類號: H01M6/14
• 分類號: H01M6/14;H01M4/02
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 李帆

發明領域

本發明涉及一種新型蓄電池，該電池的特征在于其獨特的電化學。 該電池的正極由鉛基材料制成；即，二氧化鉛和一氧化鉛或二價鉛鹽。 負極由汞組成。電池的電解液是堿金屬鹽的水溶液，包括：鋰、鈉、 鉀、銣和銫。對電池充電時，鉛基材料轉變為二氧化鉛，而由汞和堿 金屬形成汞齊。當電池放電時，二氧化鉛被還原成二價鉛形式，并且 汞齊中的堿金屬被氧化形成正離子，所述正離子進入溶液中。

背景技術

用于幾乎各種機動車輛中的最常見的蓄電池是鉛-酸電池。這種電 池包含二氧化鉛正極、鉛金屬負極和作為電解液的硫酸。

多年來，已開發出許多鉛酸電池的替代電池用于其它應用。這些 替代電池中的兩種使用鋅作為負極而使用苛性鉀作為電解質。一種電 池的正極為氧化鎳，而另一種使用氧化銀。

為了結合鉛酸電池和常見堿性電池的最佳特征，開發出鉛-堿性電 池。如上述共同待審的專利申請中所述，該電池具有鉛正極、由已證 實的材料如鋅、鎘、鉛和鐵制成負極以及堿性電解質。

本發明的目的是提供進一步改良的蓄電池。從下面的描述將認識 到本發明的這些和其它目的、特征和優點。

發明概述

本發明是一種可再充電的電池，在該電池中正極包含鉛基材料， 負極包含汞，以及堿金屬鹽水溶液的電解液。對電池充電時，鉛基材 料轉變為二氧化鉛，而由汞和堿金屬形成汞齊。當電池放電時，二氧 化鉛被還原成一氧化鉛或鉛(II)鹽，并且來自汞齊的堿金屬被氧化 形成正離子，所述正離子進入溶液中。

堿金屬可以選自鋰、鈉、鉀、銣或銫。這些金屬的鹽包括硫酸鹽、 碳酸鹽、碳酸氫鹽、磷酸鹽、硅酸鹽和硼酸鹽。這些鹽可以單獨使用 或者組合使用。

為了維持液態汞(尤其在移動應用中)的穩定性，可以使用若干 裝置。例如可以使用半透性隔膜來限制汞的移動。這樣的隔膜可透過 電解液，然而將汞限制在其隔間中。作為替代，汞可以被涂覆、鍍覆、 吸附或以其它形式施用到導電的固態基材上。另一替代裝置的是用萬 向架固定(gimbal)該電池以抵抗所有方向或一些方向上的加速度。

附圖簡述

圖1是包括本發明關鍵特征的電池樣品的示意圖；和

圖2是替代性實施方案的示意圖。

具體實施方式

可以通過將硫酸鈉溶液用作電解液的情形來說明本發明的堿金屬 電池的電化學。放電時，可預測到下列反應：

在正極處：

PbO₂+Na₂SO₄+2H₂O+2e→PbSO₄+2NaOH+2OH

而在負極處：

2Na(Hg)→2Na⁺+Hg+2e?

在電池再充電期間，上述反應反向。

任何堿金屬可以用于本發明的電池。因此，除上述方程所示的鈉 之外，還可以使用鋰、鉀、銣或銫。盡管所有堿金屬的反應相似，但 是它們在性能上卻不相同。已發現負極的單電極電位取決于所用的具 體堿金屬。

這些堿金屬在另一方面相互不同；即，它們的鹽的溶解度不同。 例如，硫酸銫在0℃水中的溶解度為每100份水167克。相比之下， 相同溫度下硫酸鉀在水中的溶解度為每100份水7.25克。

考慮用于電解液的鹽的溶解度還取決于具體的陰離子。為了說明， 0℃下硫酸鋰的溶解度為每100份水35.34克，然而硅酸鋰是不溶解的。 鋰特別地非常受限于適宜的可用鹽的數目。

除了硫酸鹽，本發明的電池可以使用許多其它鹽，包括：碳酸鹽、 碳酸氫鹽、磷酸鹽、硅酸鹽和硼酸鹽。這些鹽可以單獨使用或者作為 添加劑以獲得理想的結果。

當使用硫酸鹽以外的鹽時，電化學與方程式1所示的不同。由于 這些鹽往往在溶液中為堿性，電化學領域的技術人員將理解，當電池 放電時二氧化鉛被還原為氧化鉛。這個結果影響正極的單電極電位。

圖1中示出本發明的工作中的電池。電池殼1容鈉汞池2，該汞 池2覆蓋容器底部。該汞充當負極。正極由鉛片3制成。至汞池的電 引線穿過玻璃管4以使其與電解液隔離。兩個電極(即汞池和鉛片) 都浸入在含水電解液5中。半透性隔膜6將汞2保持在適當位置。

圖2顯示了本發明的替代性實施方案，其中汞2與石墨基材8相 結合以將其固定。所有其它部件與圖1的相同并且類似編號。