[發明專利]一種可彎折無機固體電解質膜及其構成的膜電極、鈉燃料電池單體和金屬鈉再生單元

有效

• 申請號: 201910271853.1
• 申請日: 2019-04-04
• 公開（公告）號: CN110061273B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發明（設計）人: 江南山
• 申請（專利權）人: 江南山
• 主分類號: H01M8/124
• 分類號: H01M8/124;H01M8/1246;H01M8/1213;H01M12/06;C25C3/02
• 代理公司: 合肥天明專利事務所(普通合伙) 34115
• 代理人: 趙瑜;奚華保

本發明涉及電化學技術領域，具體涉及一種可彎折無機固體電解質膜及其構成的一種膜電極、鈉燃料電池單體和金屬鈉再生單元。所述可彎折無機固體電解質膜包括無機固體電解質片和粘合劑，若干個所述無機固體電解質片呈面向排布，在無機固體電解質片之間的間隙中填充有所述粘合劑。本發明利用粘合劑的粘性，將無機固體電解質片連接成大面積的膜；利用粘合劑的彈性以緩沖外力對無機固體電解質片的沖擊應力，且使制成的大面積膜可以彎折變形；利用粘合劑的絕緣性和密封性，使制備的無機固體電解質膜具電子絕緣性以及對電池正負極物質實現有效隔離，滿足了無機固體電解質膜高電導和高力學穩定性的雙重要求。

技術領域

本發明涉及電化學技術領域，具體涉及一種可彎折無機固體電解質膜及其構成的一種膜電極、鈉燃料電池單體和金屬鈉再生單元。

背景技術

電解質在電化學反應中充當著非常重要的角色，它在電池中是離子傳導的通道。按照電解質的存在形態，將其分為液體電解質和固體電解質兩大類，固體電解質又分為聚合物電解質和無機固體電解質，其中無機固體電解質包括玻璃和陶瓷電解質。

相比于液體電解質，固體電解質具有較高的安全性，是新型電池的發展方向。無機固體電解質的優勢主要包括以下幾個方面：①無任何液體成分、不可燃，可有效避免燃燒和泄漏等安全問題；②機械加工性能好，可以根據要求制作成所需形狀；③組裝電池時，固體電解質兼具傳導離子與正負極隔膜的雙重作用，可簡化電池結構；④采用無機固體電解質的電池工作溫度范圍寬，可耐高溫；⑤固體電解質化學和電化學穩定性好，有利于提升電池循環壽命。然而，無機固體電解質在常溫下離子電導率偏低，所以希望制備的電解質膜厚度薄，以提高膜的離子電導。但是無機固體電解質燒結成的電解質膜脆性大，在受到溫度變化、擠壓、震動時，易破碎。在實際應用中這種對固體電解質膜高電導和高力學穩定性的雙重要求，構成了一對難以解決的矛盾，成為無機固體電解質膜應用的技術瓶頸。

發明內容

基于現有無機固體電解質脆性大、易破碎，難以制備面積大、厚度薄、具有柔性的膜，本發明提供一種可彎折無機固體電解質膜，以解決無機固體電解質膜高電導和高力學穩定性難以兼備的矛盾；同時，本發明還提供了一種膜電極以及由該膜電極構成的鈉燃料電池單體和金屬鈉再生單元，以解決可彎折無機固體電解質膜的應用問題。

為解決上述技術問題，本發明是通過以下技術方案實現的：

一種可彎折無機固體電解質膜，包括無機固體電解質片1和粘合劑2，所述無機固體電解質片1呈面向排布，且在無機固體電解質片1之間的間隙中填充有所述粘合劑2。

所述無機固體電解質片1呈薄片狀，其片形為四方形或圓形，其材質包括玻璃或陶瓷。

所述粘合劑2的主體材料為有機硅、環氧樹脂、改性酚醛樹脂或丁基橡膠中的至少一種。

一種膜電極，包括上述的任一種可彎折無機固體電解質膜和多孔電極3，所述可彎折無機固體電解質膜與所述多孔電極3貼合。

所述多孔電極3為多孔金屬、金屬氈、碳紙、碳布中的一種。

進一步的方案，所述膜電極還包括凝膠電解質層4，所述凝膠電解質層4與所述多孔電極3分別貼合在可彎折無機固體電解質膜的兩側。

一種鈉燃料電池單體，包括氣體流道5、為液態鈉提供通路的鈉流道6、以及定位在所述氣體流道5和所述鈉流道6之間的上述任一種膜電極，且膜電極的多孔電極3與氣體流道5同側；所述多孔電極3構成氣體陰極，所述液態鈉構成金屬陽極。

一種金屬鈉再生單元，包括陽極流道7、為液態鈉提供通路的鈉流道6以及定位在所述陽極流道7和所述鈉流道6之間的上述任一種膜電極，且膜電極的多孔電極3與陽極流道7同側；所述多孔電極3構成陽極，所述液態鈉構成陰極。

進一步的方案，所述陽極流道7在操作時注入鈉鹽溶液或NaOH溶液；且操作溫度在金屬鈉熔點以上。

本發明的有益效果在于：