一種柔性液態(tài)金屬空氣電池及電池組的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及金屬空氣電池技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種柔性液態(tài)金屬空氣電池及電池組。
【背景技術(shù)】
[0002]金屬空氣電池也稱金屬燃料電池(Metal Fuel Cell，MFC)，是用活潑固體金屬代替燃料電池中的氫或富氫燃料形成的一種新型燃料電池。其原理是將金屬像氫燃料一樣提供到電池中的陽(yáng)極，與提供到陰極的氧化劑發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，從而將金屬的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。與傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)和普通的電池相比，金屬空氣電池具有更大的能量密度和更高的能量效率，無(wú)毒、無(wú)污染，燃料儲(chǔ)存極其安全，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，充電時(shí)只需補(bǔ)充金屬燃料，是很有發(fā)展和應(yīng)用前景的電源。
[0003]依據(jù)電解液的種類，金屬空氣電池分為堿性(電解液是堿性溶液)和中性(電解液是中性鹽溶液)金屬空氣電池。根據(jù)燃料源的不同，金屬空氣電池可分為鋁、鋅、鎂、鐵、鈣和鋰等金屬空氣電池。鋁由于產(chǎn)量豐富，電阻率低(2.76μΩ.cm—工)，電化當(dāng)量高(2.98Ah/g)，電極電位負(fù)(-1.66V)，成為發(fā)展金屬空氣電池的首選材料。
[0004]鋁在水中及空氣中，表面會(huì)形成一層致密氧化膜，使其表面鈍化，增大了電池內(nèi)阻，限制了陽(yáng)極的電化學(xué)性能。通過(guò)在鋁中添加少量鎵、銦、錳、鎂、銀、鉈或鉍等元素制成鋁合金電極，使表面氧化膜易于破壞，可以降低電阻，使鋁陽(yáng)極性能大幅度提升。但鋁表面氧化膜一旦被破壞，鋁陽(yáng)極很容易與電解液發(fā)生腐蝕反應(yīng)，產(chǎn)生大量氫氣，降低電極的發(fā)電效率，且發(fā)電中途難以停止其腐蝕溶解。另一方面，由于在鹽溶液中，電池放電產(chǎn)物會(huì)成凝膠狀，增大電池電阻，降低電池效率，而在堿液中則不會(huì)出現(xiàn)這種情況，所以從電池效率上來(lái)講，使用堿溶液要比使用鹽溶液好。但堿溶液腐蝕性強(qiáng)，會(huì)加劇鋁電極的析氫腐蝕，因此需要在電解液中添加緩蝕劑。此外，目前金屬空氣電池中陽(yáng)極為活潑金屬消耗電極，電池充電時(shí)，采用置換金屬電極的充電方式，稱為機(jī)械式可充電電池，電池結(jié)構(gòu)復(fù)雜，操作不便。
[0005]綜上所述，金屬鋁空氣電池存在鋁電極析氫腐蝕、表面氧化鈍化、不易再充電等問(wèn)題，制約了其進(jìn)一步發(fā)展。而且，迄今為止，幾乎所有的金屬空氣電池采用的都是固體金屬電極，因而電池是以一種堅(jiān)硬狀態(tài)工作，這在一些應(yīng)用場(chǎng)合并不方便。在可穿戴技術(shù)與移動(dòng)應(yīng)用迅速發(fā)展的今天，亟需開(kāi)發(fā)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定高效、柔性可變性的新型金屬空氣電池。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]鑒于上述問(wèn)題，提出了本發(fā)明以便提供一種克服上述問(wèn)題或者至少部分地解決上述問(wèn)題的一種柔性液態(tài)金屬空氣電池及電池組。
[0007]依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種柔性液態(tài)金屬空氣電池，所述電池包括:液態(tài)金屬電極、多孔薄膜、電解液、空氣電極和柔性殼體，所述液態(tài)金屬電極、多孔薄膜、電解液和空氣電極均設(shè)于所述柔性殼體內(nèi)；
[0008]所述液態(tài)金屬電極處于所述多孔薄膜和柔性殼體所形成的腔體內(nèi)，用于通過(guò)所述多孔薄膜上的孔洞與所述電解液接觸，發(fā)生氧化反應(yīng)；
[0009]所述電解液設(shè)于所述液態(tài)金屬電極和空氣電極之間，用于提供電化學(xué)反應(yīng)的離子環(huán)境；
[0010]所述空氣電極，用于提供電化學(xué)反應(yīng)中的氧化劑。
[0011 ] 可選地，所述電池還包括:正極和負(fù)極，所述正極由所述空氣電極引出，所述負(fù)極由所述液態(tài)金屬電極引出。
[0012]可選地，所述電池還包括:液態(tài)金屬注入口，所述液態(tài)金屬注入口設(shè)于所述柔性殼體的上表面，用于向所述電池中的液態(tài)金屬電極補(bǔ)充液態(tài)金屬。
[0013]可選地，所述電池還包括:電解液注入口，所述電解液注入口設(shè)于所述柔性殼體的上表面，用于向所述電池補(bǔ)充電解液。
[0014]可選地，所述液態(tài)金屬電極采用低熔點(diǎn)金屬或由至少兩種低熔點(diǎn)金屬所組成的合金。
[0015]可選地，所述多孔薄膜由柔性絕緣材料制成；
[0016]和/或，
[0017]所述柔性殼體由柔性絕緣材料制成。
[0018]可選地，所述電解液為堿性或中性電解液。
[0019]可選地，所述空氣電池由催化劑和透氣膜組成，所述透氣膜用于使氧化劑進(jìn)行所述電池。
[0020]依據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種電池組，所述電池組包括:正極觸點(diǎn)、負(fù)極觸點(diǎn)和至少兩個(gè)所述的電池，各電池的正極均與所述正極觸點(diǎn)連接，各電池的負(fù)極均與所述負(fù)極觸點(diǎn)連接。
[0021 ]可選地，所述電池組還包括:液態(tài)金屬供應(yīng)管道和電解液供應(yīng)管道；
[0022]各電池的液態(tài)金屬注入口均與所述液態(tài)金屬供應(yīng)管道連通，各電池的電解液注入口與所述電解液供應(yīng)管道連通。
[0023]本發(fā)明采用液態(tài)金屬電極作為電池的陽(yáng)極，使得其在室溫下呈液態(tài)，實(shí)現(xiàn)了可變性設(shè)計(jì)，從而便于應(yīng)用于可穿戴技術(shù)等場(chǎng)合中，并且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定高效。
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1是本發(fā)明一種實(shí)施方式的柔性液態(tài)金屬空氣電池的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2是本發(fā)明一種實(shí)施方式的電池組的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。
[0027]圖1是本發(fā)明一種實(shí)施方式的柔性液態(tài)金屬空氣電池的結(jié)構(gòu)示意圖；參照?qǐng)D1，所述電池包括:液態(tài)金屬電極1、多孔薄膜2、電解液3、空氣電極4和柔性殼體9，所述液態(tài)金屬電極1、多孔薄膜2、電解液3和空氣電極4均設(shè)于所述柔性殼體9內(nèi)；
[0028]所述液態(tài)金屬電極I處于所述多孔薄膜2和柔性殼體9所形成的腔體內(nèi)，用于通過(guò)所述多孔薄膜2上的孔洞與所述電解液3接觸，發(fā)生氧化反應(yīng)；
[0029]所述電解液3設(shè)于所述液態(tài)金屬電極I和空氣電極4之間，用于提供電化學(xué)反應(yīng)的離子環(huán)境；
[0030]所述空氣電極4，用于提供電化學(xué)反應(yīng)中的氧化劑。
[0031]需要說(shuō)明的是，所述液態(tài)金屬電極I作為所述電池的陽(yáng)極，所述空氣電極4作為所述電池的陰極。
[0032]為保證所述電池的陽(yáng)極能夠呈液態(tài)工作，本實(shí)施方式中，所述液態(tài)金屬電極I采用在室溫下呈液態(tài)的液態(tài)金屬，所述液態(tài)金屬電極采用低熔點(diǎn)金屬或由至少兩種低熔點(diǎn)金屬所組成的合金，所述低熔點(diǎn)金屬為鎵、銦、錫、鉍和汞，所述合金可采用如鎵銦合金、鎵銦錫合金或鉍銦錫合金等，以鎵為例，其在室溫下呈液態(tài)，并具有較低的蒸汽壓和很高的沸點(diǎn)，熔點(diǎn)為29.78°C，沸點(diǎn)為2403°C，將其作為電極時(shí)，可以在工作溫度區(qū)間始終保持液態(tài)，實(shí)現(xiàn)柔性電池的設(shè)計(jì)，并且其兼具金屬的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能、電化學(xué)活性與液體的流動(dòng)性，是一種很有潛力的液體陽(yáng)極材料。
[0033]在具體實(shí)現(xiàn)中，所述液態(tài)金屬電極I所處的腔體的橫截面形狀為圓形、橢圓形、矩形、三角形或多邊形。
[0034]由于液態(tài)金屬的密度是水的6倍左右，粘度與水相近，因而可以實(shí)現(xiàn)低阻力流動(dòng)，便于補(bǔ)充燃料進(jìn)行充電。鎵及其合金具有電阻率低，電極電位負(fù)，電化當(dāng)量高的特點(diǎn)，是一種極具潛力的金屬燃料;其表面氧化物易溶于堿性溶液，不會(huì)鈍化，可以降低電池內(nèi)阻；同時(shí)該金屬不會(huì)與電解液發(fā)生腐蝕反應(yīng)，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，安全耐用。此外，鎵及其合金的反應(yīng)產(chǎn)物易溶于水，不會(huì)覆蓋在陽(yáng)極表面，影響電池反應(yīng)進(jìn)行。因此，室溫液態(tài)金屬電極可以解決鋁電極析氫腐蝕、表面氧化鈍化、不易再充電