[发明专利]准固态电解质PVA‑锌‑空气电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种电池，具体为一种准固态电解质-PVA锌-空气电池，属于新能源技术领域。

背景技术

长期以来人们，人类在生产生活中一直以石油和煤炭为能源，随着近年来能源需求量的不断增加，不可再生能源储量却逐渐减少，能源危机开始闪现，能源安全成为每个国家高度专注的问题，同时也是我们面临的一个巨大的挑战。在这一背景下，节能减排、绿色发展是必然选择，寻求新能源替代化石能源同显迫切，而便携式电子产品不断发展以及零排放电动车需求的不断增加，人们都在寻求一种高能量体系的电池满足要求。锌空气电池作为高效、洁净、绿色能源的新技术，具有容量大、比能量高、成本低、放电性能稳定、安全、零污染、大功率及材料可再生等特点，已成为目前世界能源领域关注焦点，是一种具有巨大市场前景的化学能源。

自从1879年，Maiche制作出了第一个以锌片做负极，采用铂化的多孔碳制成空气电极作电池正极的中性电解液锌空气电池后，经过不断地发展，20世纪60年代之后，锌空气一次性电池有了长足的发展，薄型空气电极引入到锌空气电池中来，极大地提高电池的放电性能，使锌空气电池发展有了重大突破。60年代末，高效率的锌空气电池已经进入到工业生产化阶段，并广泛得到应用。近年来随着电池结构和制造工艺的改进，气体扩散电极制造工艺的发展，锌负极利用率的提高，使得电池的综合性能有了进一步的提高。但以上都是对于锌空气一次电池，可充电的二次电池并没有飞跃性的发展。

锌空气电池负极活性物质封装在电池内部，具有蓄电池的特点；其次，正极活性物质来自空气中的氧，理论上有无限容量，有燃料电池的特性。另外锌空气电池还有如下的优点：1、比能量高，由于正极活性物质来自电池的外部，无需占用电池的空间，在相同体积、重量的情况下，锌空气电池内可以装入更多的负极活性物质，使得锌空气电池比普通电池的容量高出很多，理论比能量达到1350Wh·kg^-1，实际的比能量有220-300Wh·kg^-1，属于大容量高能化学电源。2、成本低，阴极活性物质为空气中氧，可以说取之不尽，而阳极活性物质为金属锌，其资源也是非常丰富。3、性能稳定，放电平稳，由于空气电极在电池工作时本身不发生变化，加上锌电极电压稳定，所以放电时电压变化会很小。4、绿色环保，安全可靠，从生产到使用，从新产品到废品回收，所有的材料都是安全的，不会污染环境也不会燃烧爆炸，可称得上绿色能源。

但是目前的锌空气电池基本都属于一次性电池，并没有可充电的锌空气二次电池。由于锌空气电池采用多孔电极，加上锌电极的自身特性造成了锌空气电池发展的瓶颈。主要的问题有以下几点：

1、锌枝晶的生长。由于锌电极的本身特性，其自放电反应会，并且在对其充电的过程中，会有枝晶状的锌生长出来，它的形状很尖，当充电到一定程度，枝晶生长会刺破电池的隔膜，从而造成短路，严重降低电池性能。

2、锌电极的直接氧化。由于空气中的氧溶于电解液，在反应过程中形成HO2^-，如果HO2^-未分解，会在空气电极积累，锌电极会直接氧化，造成电位负移，锌电极钝化，降低锌的活性。

3、电池漏液问题。由于空气电极采用多孔结构，氧气从气孔中流通，从而使电解液也会从孔中流出，如果不能好好解决漏液问题，也会给锌空气电池的性能带来很大问题，严重影响其性能与寿命。

发明内容

本发明的目的为了提供一种准固态电解质PVA-锌-空气电池，以解决现有技术的上述问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现。

一种准固态电解质PVA-锌-空气电池，它包括发生还原反应的空气电极、氧化反应的锌电极、电解液和收容空气电极、锌电极和电解液的电池外壳；所述的电解液为冻状固态的PVA-KOH-H₂O碱性聚合物(PVA准固态电解质)，在空气电极和锌电极之间设置有电池隔膜。

所述的空气电极为层状结构，从左至右依次为防水透气层、集流层(泡沫镍)和催化层；每层上用造孔剂制作若干孔隙，为氧气输送通道。

上述空气电极的制备方法，其步骤如下：

1)制备防水透气层：取乙炔黑、活性炭、造孔剂按比例1:1:1.5(质量)均匀搅拌混合，然后逐滴加入40％～60％(占总量)质量分数为60％PTFE乳液，均匀搅拌待用；

2)制备催化层：取乙炔黑、活性炭、造孔剂以及二氧化锰按比例1:9:15:10(质量)均匀搅拌混合，然后逐滴加入40％～60％(占总量)质量分数为60％PTFE乳液，均匀搅拌待用；