金屬空氣燃料電池的制作方法
【專利說明】金屬空氣燃料電池
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本發(fā)明根據(jù)35 U.S.C.§ 119要求2014年11月7日提交到韓國知識(shí)產(chǎn)權(quán)局的申請(qǐng)?zhí)枮?0-2014-0154320的韓國專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，其全文通過引用并入本發(fā)明的公開。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]下列公開涉及一種金屬空氣燃料電池。
【背景技術(shù)】
[0004]由于化石燃料的枯竭和全球變暖的影響，可再生能源作為未來的替代能源已備受矚目。因此，可再生能源技術(shù)已在各個(gè)領(lǐng)域廣泛發(fā)展。在屬于上述技術(shù)之一的燃料電池領(lǐng)域中，已經(jīng)研究和開發(fā)了具有從小容量到大容量(幾瓦到幾兆瓦)的各種容量的燃料電池，從而使其商業(yè)化。然而，與諸如二次電池等其他燃料電池相比，價(jià)格競爭力仍然很低。
[0005]通常，金屬空氣燃料電池由陽極、陰極和電解質(zhì)組成，其中，由于包含在電解質(zhì)中的氫氧離子(0H_)和陽極金屬之間的氧化反應(yīng)，電子在陽極被釋放，且由于氧氣(O2)和電解質(zhì)之間的還原反應(yīng)，電子在陰極被接收，從而實(shí)現(xiàn)全面的化學(xué)反應(yīng)。因此，陽極金屬被持續(xù)氧化，且因此，由氧化反應(yīng)形成的金屬氧化物以漿體形式沉淀或附著在金屬表面或在電解質(zhì)中達(dá)到飽和狀態(tài)，使得電解質(zhì)和陽極應(yīng)被替換為消耗品。因此，由于替換如上所述的電解質(zhì)和陽極明顯很難，所以可能發(fā)生諸如可攜帶性惡化、穩(wěn)定性惡化等問題。
[0006]為了克服這些缺點(diǎn)，已實(shí)施了通過在對(duì)應(yīng)于金屬空氣燃料電池的陽極的金屬的表面上執(zhí)行壓紋處理、在金屬板中形成孔等來增加接觸表面區(qū)域從而增加交換周期的方法。然而，該方法產(chǎn)生減少金屬空氣燃料電池的陰極的壽命的負(fù)面影響。另外，在金屬氧化反應(yīng)之后，金屬氫氧化物或金屬氧化物的漿體形成從而在陰極中被慢慢地吸收。特別地，在使用鎂的空氣燃料電池中，在氧化反應(yīng)之后，當(dāng)漿體在陰極堆棧中被吸收時(shí)，黏度增加，但很難清洗陰極堆棧。
[0007]通常，在金屬空氣燃料電池中，氫氧化鈉(NaOH)、氫氧化鉀(KOH)等被作為電解質(zhì)。特別地，在鎂空氣燃料電池中，主要使用氯化鈉(NaCl)等，且在鋁和鋅空氣燃料電池中，使用諸如氫氧化鈉(NaOH)、氫氧化鉀(KOH)等強(qiáng)堿性溶液的電解質(zhì)。在這種情況下，在氧化反應(yīng)的時(shí)候，溫度明顯增加，且產(chǎn)生大量氫氣(H2)，使得為了抑制氫氣的產(chǎn)生應(yīng)該將單獨(dú)的氫產(chǎn)生抑制劑添加到電解質(zhì)中。因此，在使用鋁和鋅金屬的金屬空氣燃料電池中，如上所述的強(qiáng)堿性溶液被用作電解質(zhì)，可攜帶性顯著減小，且還應(yīng)該嚴(yán)肅考慮安全問題。
[0008][相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)]
[0009][專利文獻(xiàn)]
[0010]公開號(hào)為10-2014-0088902的韓國專利公開

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的實(shí)施例旨在提供一種金屬空氣燃料電池，其是一種使用透水主體形成的其金屬和電解材料被注入內(nèi)部空間作為陽極的陽極單元(cell)、能夠僅供應(yīng)水(H2O)以激活電池且具有改進(jìn)的可攜帶性的金屬空氣燃料電池。
[0012]本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例旨在提供一種金屬空氣燃料電池，其使用穩(wěn)定性、傳遞穩(wěn)定性和存儲(chǔ)穩(wěn)定性被改進(jìn)。
[0013]本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例旨在提供一種金屬空氣燃料電池，其諸如電壓、電流、功率等的電池效率、價(jià)格競爭力和諸如電池壽命等的耐用性/穩(wěn)定性特征被改進(jìn)。
[0014]在一個(gè)總體方面中，金屬空氣燃料電池使用透水主體形成的其金屬和電解材料被注入內(nèi)部空間作為陽極的陽極單元。
[0015]在另一個(gè)總體方面中，金屬空氣燃料電池包括單元電池，單元電池包括如上所述的陽極單元和陰極。
【附圖說明】
[0016]圖1是說明根據(jù)示例2的金屬空氣燃料電池的陽極單元的照片。
[0017]圖2是說明根據(jù)示例2的裝配有電極終端模塊的金屬空氣燃料電池的陽極單元的照片。
[0018]圖3是根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施例的單電池金屬空氣燃料電池的裝配透視圖。
[0019]圖4是說明根據(jù)示例I的金屬空氣燃料電池的陰極的照片。
[0020]圖5是說明根據(jù)示例I的關(guān)于通過應(yīng)用使用鋁和鎂混合粉末的陽極單元制造的金屬空氣燃料電池的電壓、電流和功率的數(shù)據(jù)的曲線圖。
[0021]圖6是說明根據(jù)示例2的關(guān)于通過應(yīng)用使用鋁和鎂混合粉末和氫氧化鈰的陽極單元制造的金屬空氣燃料電池的電壓、電流和功率的數(shù)據(jù)的曲線圖。
[0022]圖7是說明根據(jù)對(duì)比示例I的關(guān)于通過應(yīng)用使用鋁/鎂合金板的陽極制造的金屬空氣燃料電池的電壓、電流和功率的數(shù)據(jù)的曲線圖。
[0023]參考標(biāo)記
[0024]101:金屬空氣燃料電池
[0025]102:陰極
[0026]103:陽極單元
[0027]111:陰極防護(hù)板
[0028]112:陽極電極
[0029]113:陰極電極
【具體實(shí)施方式】
[0030]在下文中，將參照附圖詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的金屬空氣燃料電池。通過示例的方式提供下列附圖使得本發(fā)明的理念可充分傳達(dá)至本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員。因此，本發(fā)明不限于下面提供的附圖，而是可以多種不同的形式被修改。另外，為了使本發(fā)明的范圍清晰，可放大下面提供的附圖。在此，除非另有限定，否則本說明書使用的技術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語具有本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員理解的一般意義，且在下面的說明和附圖中將省略使本發(fā)明的主旨不必要地模糊的用于已知功能和配置的說明。另外，除非特別說明，否則使用的“ ％ ”在此指的是“ Wt %”。
[0031]進(jìn)一步地，如在此使用的，術(shù)語“水”指的是H2O本身，水的種類不限只要其可將注入陽極單元中的電解材料轉(zhuǎn)化為電解質(zhì)。此外，“水”與根據(jù)本發(fā)明的金屬空氣燃料電池的透水主體中的電解材料混合以形成電解質(zhì)。在本申請(qǐng)中，術(shù)語“水”可指的是包含來自電解材料的電解質(zhì)離子的電解質(zhì)。
[0032]另外，如其中使用的，術(shù)語“水-電解質(zhì)轉(zhuǎn)化結(jié)構(gòu)”意味著注入陽極單元中的電解材料與水混合以形成電解質(zhì)。
[0033]進(jìn)一步地，如在此使用的，術(shù)語“激活”指的是提供用于操作電池的最低條件的狀態(tài)和能夠操作和停止電池的狀態(tài)，但術(shù)語“激活”可限制性地指操作。另外，術(shù)語“失活”指的是不能操作的用于長期存儲(chǔ)的狀態(tài)。
[0034]進(jìn)一步地，如在此使用的，術(shù)語“電解材料”指的是諸如固態(tài)、液態(tài)等的所有狀態(tài)的電解材料。
[0035]改善根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的金屬空氣燃料電池的可攜帶性、穩(wěn)定性和價(jià)格效率問題的本發(fā)明涉及一種使用注入金屬和電解材料的透水主體的陽極單元和一種使用該陽極單元制造的金屬空氣燃料電池。
[0036]具體地，根據(jù)本發(fā)明的金屬空氣燃料電池包括由透水主體形成的陽極單元，在透水主體中電解材料包含電解材料鹽，而不是直接使用電解質(zhì)。因此，根據(jù)本發(fā)明的金屬空氣燃料電池中由于陽極單元包含電解材料而不使用電解質(zhì)，所以沒必要提供電解質(zhì)本身，且金屬空氣燃料電池通過僅供應(yīng)水而不是電解質(zhì)來激活。因此，穩(wěn)定性優(yōu)良，僅通過在失活的時(shí)候除去水可防止電池效率的惡化，且金屬空氣燃料電池可穩(wěn)定存儲(chǔ)很長一段時(shí)間。
[0037]根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，為了改善電池效率和壽命，包含大量電解材料的電解質(zhì)直接設(shè)置在金屬空氣燃料電池中從而被使用，但在根據(jù)本發(fā)明的包括陽極單元的金屬空氣燃料電池中，陽極單元中的電解材料被保持在電解材料可持續(xù)與水反應(yīng)的狀態(tài)中以最大限度地展現(xiàn)電池效率。因此，與根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的使用電解質(zhì)本身的電池相比，電池效率幾乎沒有差別，但其易于交換水、陽極單元等，使得諸如使用穩(wěn)定性、存儲(chǔ)穩(wěn)定性等穩(wěn)定性以及可攜帶性可以是優(yōu)良的。也就是說，在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的金屬空氣燃料電池中，在激活的時(shí)候，需要供應(yīng)電解質(zhì)本身，但在根據(jù)本發(fā)明的金屬空氣燃料電池中，僅通過供應(yīng)不包含電解材料的水可以激活并操作金屬空氣燃料電池，且在失活的時(shí)候，金屬空氣燃料電池可通過除去水被存儲(chǔ)很長一段時(shí)間。
[0038]進(jìn)一步地，在激活根據(jù)本發(fā)明的金屬空氣燃料電池的情況中，當(dāng)僅通過將水供應(yīng)至陽極單元即可在幾秒內(nèi)(約3-5秒)形成電解質(zhì)時(shí)，進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，使得標(biāo)準(zhǔn)電池性能可被展現(xiàn)。
[0039]因此，在根據(jù)本發(fā)明的金屬空氣燃料電池中，能夠改善穩(wěn)定性和可攜帶性，而穩(wěn)定性和可攜帶性是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的金屬空氣燃料電池所存在的問題，其在使用時(shí)電解質(zhì)被保持注入狀態(tài)。特別地，在陽極單元需要被交換的情況中，由于電解材料被注入到陽極單元電池中，所以金屬空氣燃料電池可以在除去水之后僅通過供應(yīng)水被激活，并且交換陽極單元，從而使得大量電解質(zhì)應(yīng)該與陽極單元一起被交換或電解質(zhì)應(yīng)該再次被供應(yīng)的問題不會(huì)出現(xiàn)。
[0040]也就是說，在失活根據(jù)本發(fā)明的金屬空氣燃料電池的情況中，失活僅通過除去水被執(zhí)行。在激活金屬空氣燃料電池的情況中，當(dāng)水被供應(yīng)時(shí)，由于陽極單元中的電解材料與水混合以形成電解質(zhì)，所以金屬空氣燃料電池可正常操作。因此，除可攜帶性之外的使用穩(wěn)定性、傳遞穩(wěn)定性和存儲(chǔ)穩(wěn)定性可被顯著改善。
[0041]進(jìn)一步地，陽極單元可被簡單且容易地被攜帶和交換，使得金屬空氣燃料電池可在任何地方被激活，只要水被供應(yīng)至該電池。
[0042]另外，由于在激活的時(shí)候化學(xué)反應(yīng)被由電解材料形成的電解質(zhì)而不是使用電解質(zhì)本身進(jìn)行，所以氧化反應(yīng)后在陽極單元中產(chǎn)生的金屬氫氧化物、金屬氧化物等的漿體被排到陽極單元的外面的現(xiàn)象可被顯著減少，使得陰極壽命惡化的問題可被顯著減少。