[实用新型]全固态可分离式铝空气电池

说明书

技术领域

    本实用新型涉及铝空气电池技术领域，特别涉及一种全固态可分离式铝空气电池，是一种全固态，铝阳极与凝胶空气电极可分离式的铝空气电池单体。

背景技术

随着电子设备的井喷式发展，小至手机、移动电脑及微电子器件，大至电动汽车等，均依赖电池提供电力。目前电池容量是限制各种电子设备续航能力的技术瓶颈。金属空气燃料电池以其极高的容量及能量密度，成为下一代电池的理想备选方案。可用于金属空气燃料电池的阳极材料包括锂、镁、锌及铝等，基本原理都是使用空气中的氧气作为氧化剂，完成电化学反应。其中，铝金属具有容量密度高（2.98Ah/g）、能量密度高（8.10Wh/g）的特点，并且铝资源在我国储量丰富、价格低廉、安全稳定及无毒环保，是金属空气燃料电池的理想阳极材料。

现有铝空气电池存在的主要技术问题包括，液态的电解质会渗透过多孔空气电极形成泄露，以及铝金属在电解质中迅速腐蚀失效同时放出氢气。电解质在铝空气电池中具有重要作用，一方面电解质隔离阴极和阳极防止短路，另一方面可以提供电化学反应所需离子。目前应用最广的是基于水溶液体系的电解质，其特点是电导率高、制备方便，但缺点是极易从多孔空气电极的氧气扩散通道中渗出。近年，有些论文和专利提出可以在空气电极材料中掺杂PTFE粉末或乳液可以有效抑制电解液泄露，但此方法同时阻碍了氧气及电解质的活性离子向电极表面扩散。另外一个阻碍铝空气电池发展的问题是金属阳极析氢腐蚀。金属铝溶于强酸或强碱电解液会形成自放电，降低其实际利用率；同时这种反应会析出氢气，使用时会产生安全隐患。现有铝空气电池方案多采用弱碱溶液或中性盐溶液抑制阳极腐蚀速率，但电池活性及可用容量均受到了限制。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种全固态可分离式铝空气电池，解决了现有技术存在的上述问题。本实用新型所述的全固态可分离式铝空气电池方案即采用聚合物碱性凝胶电解质技术，从根本上杜绝传统铝空气电池可能发生的泄露问题，同时具有优秀电化学性能，该凝胶电解质可以有效抑制铝阳极腐蚀；更重要的是本实用新型所述的可分离的结构设计，可以有效的减少不工作时发生的腐蚀析氢等问题，可在搁置不用时将多孔铝阳极与凝胶空气电极分离，从而避免其析氢腐蚀，提高电池铝阳极的利用率和使用时的安全性。

本实用新型的上述目的通过以下技术方案实现：

全固态可分离式铝空气电池，多孔铝阳极2镶嵌在阳极支架3内，聚合物碱性凝胶电解质层1、阳极支架3、凝胶空气电极4依次安装于壳体5内，盖板6通过紧固螺栓7固定在壳体5上。

所述的聚合物碱性凝胶电解质层1是3毫米厚的凝胶层。

所述的凝胶空气电极由两部分组成，一部分是1毫米厚的凝胶层，一部分是0.3毫米厚的空气电极。

所述的多孔铝阳极2为多孔铝板，实际面积率为37%，材料本身为含有微量铟、锡等的合金，铝板一侧涂有耐腐蚀涂层15，铝板上设有铝板孔洞16允许聚合物碱性凝胶电解质储备层1与凝胶空气电极4接触并进行离子扩散。

所述的阳极支架3边缘上的滑块10与壳体5内壁上的导轨11嵌合，阳极支架3可在壳体5内滑动；壳体5上设有定位球8与定位弹簧9，由阳极支架3边缘上的定位孔18定位；阳极支架设有移动柄14伸出盖板6外，可通过外力作用实现多孔铝阳极2与聚合物碱性凝胶电解质储备层1的分离与接合。

所述的阳极支架3采用耐强碱性腐蚀的材料制成，中间安装由泡沫镍网制成的阳极集流网17。

所述的聚合物碱性凝胶电解质储备层1与多孔铝阳极2为可替换件，在电池放电过程中消耗殆尽，可进行机械式替换，快速恢复电力。

本实用新型的有益效果在于： 结构新颖、简单，与其它铝空气电池相比，本实用新型中使用的电解质是固态的聚合物碱性凝胶，电导率为460ms/cm，从根本上避免了电池中电解液泄漏的问题，具有一定抑制铝阳极的腐蚀和析氢。在本电池进行的恒电流放电测试中，测试得到的电容量为1166mAh/g，能量密度为1230mWh/g，达到了其他现有铝空气燃料电池的水平。为了进一步抑制铝电极本身的自放电腐蚀和析氢现象，本实用新型是一种可分离结构，当电池停止工作时，可使铝电极和聚合物碱性凝胶电解质层分离，从而提高了电池的使用效率。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的电池壳体结构示意图；