[發(fā)明專利]鎂空氣電池用水凝膠電解質(zhì)及其制備方法和鎂空氣電池

有效

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• 申請日: 2017-08-01
• 公開（公告）號: CN107394266B
• 公開（公告）日: 2019-12-10
• 發(fā)明（設計）人: 余鵬
• 申請（專利權）人: 長沙迅洋新材料科技有限公司
• 主分類號: H01M10/0565
• 分類號: H01M10/0565;H01M10/058
• 代理公司: 43235 長沙軒榮專利代理有限公司
• 代理人: 黃藝平

一種鎂空氣電池用水凝膠電解質(zhì)，其特征在于：所述水凝膠電解質(zhì)是由高吸水性高分子材料吸收pH值在6~8之間的水溶液后形成的凝膠狀物質(zhì)，所述高吸水性高分子材料是高吸水性樹脂、高吸水性纖維素、高吸水性淀粉中的一種或幾種。本發(fā)明進一步提供了一種鎂空氣電池用水凝膠電解質(zhì)的制備方法與鎂空氣電池。本發(fā)明提供的鎂空氣電池采用水凝膠電解質(zhì)作為電解質(zhì)，大量的水被保持在凝膠狀電解質(zhì)中，在電池放電過程中，充足的水參與電極反應，可以滿足放電需要；水凝膠電解質(zhì)沒有液態(tài)水溶液，不需要像液態(tài)電解質(zhì)那樣需要嚴格密封；且水凝膠電解質(zhì)的生產(chǎn)成本低，適合批量化生產(chǎn)，對電池結(jié)構的影響小，所以電池在包裝、攜帶、使用過程中更加方便，適用范圍更廣。

技術領域

本發(fā)明涉及新能源材料應用技術領域，具體地說，涉及一種鎂空氣電池用水凝膠電解質(zhì)及其制備方法和鎂空氣電池。

背景技術

近年來，電池的開發(fā)與應用技術逐漸成為較大競爭力的技術之一。在提高主流的鋰電池性能的同時，還在積極研究與開發(fā)其他種類的新型電池，而鎂空氣電池近年來以其優(yōu)異的使用性能逐漸進入人們的視野。鎂空氣電池是采用金屬鎂或者鎂合金作為負極的空氣電池，目前已經(jīng)得到廣泛應用，且國內(nèi)外均有報道。其中，日本藤倉橡膠公司開發(fā)出了應急用鎂（Mg）空氣電池“WattSatt”，這是注入鹽水就會發(fā)電的一次電池，向電池中放入氯化鈉和2L水制作電解液，注入電池內(nèi)即可開始發(fā)電，電池容量為280Wh，能為30部電池容量約為2000mAh的智能手機充滿電。中國天宇集團和韓國弘林鎂空鹽水電池株式會社制造了一種鎂-空氣鹽水電池，使用500ML的水配置濃度為10%左右的鹽液來做電解液，加入電池可以提供1A電流下5W的功率放電。臺州非常新能源科技有限公司生產(chǎn)的鎂空氣電極的單位面積放電電流密度由120mA/cm²提高到280mA/cm²，達到國外同類產(chǎn)品水平。中國科學院寧波材料技術與工程研究所動力鋰電池工程實驗室，通過優(yōu)化陰極空氣擴散電極的結(jié)構與制備工藝，開發(fā)高性能的錳氧化物氧還原催化劑的基礎上，成功研制出1000Wh鎂空氣電池樣機，該電池由5個單體電池串聯(lián)而成，以AZ31鎂合金為陽極，以10%的NaCl溶液為電解液，以上述空氣擴散電極和錳氧化物催化劑為陰極，該鎂空氣電池的外觀尺寸為200×150×150 mm³，重量為2.3 kg，能量密度可達430 Wh/kg，最大輸出功率可達80W。

上述已經(jīng)研發(fā)和目前正在研發(fā)的鎂空氣電池結(jié)構和功能特征在于：采用鎂及鎂合金作為電池負極材料，氧化物等催化劑用作正極材料，而電解質(zhì)一般采用不同含量的NaCl水溶液，構成液態(tài)的電解質(zhì)。一般來說，常規(guī)情況下，鎂空氣電池正負極之間隔空，平時不發(fā)生電池反應，當需要放電時，將水溶液電解液注入電池中，水溶液電解液將正負極導通，從而電池開始放電。放電過程中，水中OH^-與金屬Mg發(fā)生化學反應Mg+2OH^- →Mg(OH)₂+2e，釋放出電子，從而實現(xiàn)化學能向電能的轉(zhuǎn)換。而加入的NaCl水溶液，可以讓金屬鎂不斷發(fā)生腐蝕，露出新鮮的金屬表面，就可以實現(xiàn)持續(xù)穩(wěn)定的放電。水溶液電解質(zhì)起到導通空氣電池正負極和不斷促進腐蝕進行的作用。但是，在現(xiàn)有技術中需要在鎂空氣電池中持續(xù)添加水溶液，這樣會造成電池使用的麻煩。首先，水溶液加入到電池中，需要專用的工具；同時，電池腔體必須做成完全密封，才能保證水溶液電解質(zhì)不會流出造成電池失效；同時水溶液的泄漏會造成周圍使用環(huán)境的污染或腐蝕。

針對相關技術中的問題，目前尚未提出有效的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術中存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種鎂空氣電池用水凝膠電解質(zhì)及其制備方法和鎂空氣電池，其目的是為了解決現(xiàn)有鎂空氣電池使用過程中，需要在鎂空氣電池中持續(xù)添加水溶液，電池腔體必須做成完全密封以及水溶液的泄漏會造成周圍使用環(huán)境的污染或腐蝕的問題。