[發明專利]一種金屬/空氣電池

有效

• 申請號: 201310694526.X
• 申請日: 2013-12-15
• 公開（公告）號: CN104716404B
• 公開（公告）日: 2017-02-15
• 發明（設計）人: 孫公權;王二東
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: H01M12/06
• 分類號: H01M12/06
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司21002
• 代理人: 馬馳

技術領域

本發明涉及金屬/空氣電池，具體地說是一種具有產物分離裝置的金屬/空氣電池。

背景技術

金屬/空氣電池具有理論比能量高，綠色環保等優點，在應急儲備電源、野外照明電源等可移動電源的領域具有廣闊的應用前景。

鎂/空氣電池是一種典型的金屬/空氣電池，它是一種采用鎂或鎂合金為陽極燃料，空氣中氧氣作為氧化劑，中性鹽水作為電解質溶液的電化學反應裝置。鎂/空氣電池具有能量密度高（理論能量密度高達3910Wh/kg）、反應物和產物無污染、使用安全等特點。鎂/空氣電池電極反應和電池總反應分別為：

陽極電極反應：M_g+2OH^-M_g(OH)₂+2e^--2.69V???(1)

陰極電極反應：1/2O₂+H₂O+2e^-2OH^-+0.4V???(2)

電池總反應：Mg+1/2O₂+H₂O?Mg(OH)₂+3.09V???(3)

由上式可知，鎂/空氣電池反應中反應物為金屬鎂、空氣中的氧氣和水，產物為氫氧化鎂。氫氧化鎂是一種絮狀的膠體，隨著電池反應時間的延長，這種絮狀產物在電池內逐漸積累。而且，由于電解液中的水在電池放電過程中逐漸消耗，氫氧化鎂產物更加粘稠。待放電結束后，氫氧化鎂已變成泥漿狀。為了提高鎂/空氣電池連續使用時間，并降低使用成本，通常采用機械更換鎂陽極的方法，實現電池的電能恢復。更換新陽極前，需先將泥漿狀的氫氧化鎂分離出電池外，并將附著在陰極表面的殘余部分清洗干凈。否則，陰極的性能和使用壽命將會受到嚴重影響。因此，產物分離成為制約鎂/空氣電池實用化的重要技術之一，成為影響其使用壽命、維護操作的重要因素。

將氫氧化鎂產物與鎂/空氣電池主體分離大體有三種辦法：（1）用水反復沖洗使產物分離出電池外。這種方法因為需要大量的水，實用意義不高；（2）采用循環泵將反應后的產物隨電解質溶液排出電池外。循環操作需在電池外設置產物過濾裝置以保證循環過程的穩定可靠。因此，該方法輔助裝置較多，增加了電池的重量、體積和功耗。（3）采用分離袋裝載產物，待電池放電完成后，將分離袋與產物一起取出。第三種方法對于有效減少輔助部件的使用并提高電解液的利用率具有明顯的優點。然而，該方法仍然存在以下兩個主要問題：（1）鎂/空氣電池氫氧化鎂產物顆粒粒徑很小（幾十納米至幾百微米），普通的親水膜難以有效將氫氧化鎂分離。如果選擇致密的膜則會影響離子電導率，進而影響電池性能。（2）鎂/空氣電池放電完成后，電解液已消耗殆盡，產物為泥漿狀，且緊密充滿電池內腔，將產物從電池內腔取出也比較困難。因此，分離膜的選擇和分離結構的設計是決定了鎂/空氣電池產物分離是否有效，是決定該電池能否實用化的關鍵技術之一。

發明內容

本發明針對現有金屬/空氣電池產物分離中存在的問題，提出一種具有產物分離裝置的金屬/空氣電池。為實現上述目的，本發明采用以下技術方案來實現。

一種金屬/空氣電池，包括電池殼體、金屬陽極和空氣陰極，電池殼體為一中空容器，于金屬陽極的左右兩側分別設有支撐桿，兩個支撐桿作為產物分離架，金屬陽極的左右兩側分別與支撐桿固接后置于一產物分離袋中，產物分離袋置于電池殼體內。

于兩個支撐桿間設有固定桿，固定桿的二端分別與支撐桿相連接。

所述電池殼體上端設有開口，產物分離袋通過開口放入電池殼體內或從電池殼體內取出。

兩個支撐桿垂直設置于電池殼體內，兩個支撐桿與產物分離袋形成一體化結構。

包括電池殼體、金屬陽極和空氣陰極，于電池殼體相對兩側的外壁面上分別開設有空氣陰極容置槽，空氣陰極置于容置槽內，容置槽與容器內部腔室相連通；金屬陽極置于電池殼體內、兩空氣陰極之間；金屬陽極和空氣陰極均為平板狀結構，且金屬陽極和空氣陰極平行設置。

所述電池殼體底部、支撐桿的正下方固定有彈力裝置，其可在無垂直向下的外力施加的條件下將產物分離架向上推移，使產物分離架的上端脫離電池殼體內部；亦可在有垂直向下的外力施加的條件下置于電池殼體內部。