[發明專利]疊層鎂-空氣電池組

有效

• 申請號: 200910131909.X
• 申請日: 2009-03-27
• 公開（公告）號: CN101567477A
• 公開（公告）日: 2009-10-28
• 發明（設計）人: 李華倫;許月旺;白永俊;楊門栓
• 申請（專利權）人: 山西銀光華盛鎂業股份有限公司
• 主分類號: H01M12/06
• 分類號: H01M12/06;H01M6/32
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種金屬-空氣電池，尤其涉及一種干態儲存的鎂-空氣電池組。

背景技術

金屬(鋅、鋁、鎂等)-空氣電池是一類高比能量密度、高穩定放電特性的電池。金屬-空氣電池有多種結構，最普遍的結構是由盒式單電池結構，即空氣極和塑料組成一個盒，盒中盛電解液并放置金屬極構成一個可以獨立放電的單電池。根據用途不同將若干個單電池通過串并聯形成電池組。空氣極(亦稱正極或陰極)主要是由一些高分子聚合物(如聚四氟乙烯)、活性炭、催化劑(貴金屬催化劑銀、鈣鈦礦型氧化物、金屬有機鰲合物、MnO₂等)及集流體材料制成，是一種透氣、疏水、導電和有具備氧催化還原的內表面的薄片材。電池反應所需的氧氣，可從空氣中隨時取用并由空氣極轉化成電池反應的離子。電池放電需要的氧無需儲存在電池中，這是空氣電池高比能量密度的基本原因。陽極是將鋅粉壓塊、鋁合金或鎂合金板。根據陽極的不同，可以分別選擇堿性或中性水溶液作為電解液。放電時需要將電解液逐個注入到單電池中，陽極放電消耗盡后可以更換新的。也有人在開發干電池形式的圓柱形鋅---空氣電池，但難度較大。

鎂是非常活潑的金屬，在中性鹽電解液中有很高的活性，適合用作中性鹽電解液金屬---空氣電池的陽極材料。與鋅-空氣電池、鋁-空氣電池相比，鎂-空氣電池原材料具有來源豐富、電性能高、可使用溫度范圍寬(-20～80℃)及污染小等特點，因此，發展前途光明。由于鎂是工程應用中最活潑的金屬，電極電勢低，耐腐蝕性差，為了克服金屬鎂的這些缺陷，可將鎂和其它合金元素制成二元、三元乃至多元合金。空氣的組成和結構對鎂---空氣電池的性能使用效能有重要的影響。尋找廉價、高效的氧還原電催化劑和研究新型結構的陰極制備技術是當前研究的熱點，已成為提高空氣陰極電化學性能的關鍵。目前，空氣陰極采用的催化劑主要有貴金屬催化劑(鉑、鉑合金和銀)、鈣鈦礦型氧化物催化劑、金屬有機鰲合物催化劑、MnO₂催化劑等。貴金屬鉑基催化劑用作空氣陰極氧還原電催化劑顯示出良好的催化活性，但由于貴金屬價格高昂，限制了它的市場化與應用范圍。近年來有關金屬燃料電池用非鉑催化劑陰極研究報道較多，并取得了較大的進展。目前，納米結構的MnO₂催化劑是一個研究熱點。當前鎂---空氣電池主要是采用中性鹽或海水作為電解液。鎂-空氣電池作為一種環境友好的高性能電源，特別是中性鹽或海水電解液鎂-空氣電池系統，有著優良的性能價格比。近年來通過開發各種新型的鎂合金陽極、陰極電催化劑和電解液添加劑以及優化陰極結構，鎂-空氣電池的研究取得了突破性的進展，在可移動電子設備電源、自主式潛航器電源、海洋水下儀器電源和備用電源等方面，具有非常廣闊的應用前景。

金屬-空氣電池的傳統結構存在許多缺點。例如，空氣電池的陽極雖然可以更換新，但更換麻煩；舊陽極難于取出，甚至在取出舊的陽極時可能損壞電池；金屬-空氣電池基本都是濕電池，電池密封麻煩；放電產物在陰極表面被放電產物附著，使陰極性能降低；由獨立的盒式單電池組成高電壓電池組時，需要繁雜的接線，使組裝和使用復雜化。上述缺點的根本原因在于空氣極生產成本較高和空氣電池主要是機械充電的二次電池，在一定程度使空氣電池組的復雜化和限制了空氣電池的應用。

本發明志在開發儲存期限長、體積小、價格低廉、使用方便的一次性高電壓鎂-空氣電池，并將其干電池化，克服現有技術的缺陷。

發明內容

本發明的目的是開發儲存期限長、體積小、價格低廉、使用方便的一次性高電壓鎂-空氣干電池。

本發明的目的是這樣實現的，總體上保留金屬空氣電池的主要特性，通過改進設計，尤其是將空氣電池組干電池化。將傳統的金屬-空氣電池由獨立單電池和加入大量電解液盒式組裝，改成組裝單元組裝，簡化結構和組裝、方便存放和使用。

疊層的組裝單元由隔離輸氣板1、空氣極2、吸水物質處理的隔膜3、鎂合金陽極4組成。串聯式組裝單元是將組裝單元的空氣極和金屬陽極連接；并聯式組裝單元是將空氣極和金屬陽極分別連接成一對總正極和負極。組裝單元是一個單電池的隔離板、陰極、隔膜和相鄰電池的陽極組合，并將陰極和陽極連接而成。