[发明专利]包含涂覆的铁阳极及改进的性能的蓄电池

说明书

铁电极用于能量储存蓄电池及其它装置中已经超过100年了。经常将铁电极与镍基阴极组合以形成镍‑铁蓄电池。镍‑铁蓄电池(Ni‑Fe蓄电池)是可再充电蓄电池，其具有镍(III)氧化物‑氢氧化物阴极和铁阳极以及电解质例如氢氧化钾。将活性材料保持在镀镍的钢管或穿孔的袋状物中。它是一种非常耐用的蓄电池，其容忍误用(过度充电、过度放电和短路)，并且即使如此处理仍能具有很长的寿命。它经常用于后备情况，在此情况下它能够连续充电并可持续超过20年。

发明背景

发明领域

本发明属于能量储存装置的技术领域。更特别地，本发明属于使用铁阳极的可再充电蓄电池的技术领域。

技术现状

铁电极用于能量储存蓄电池及其它装置中已经超过100年了。经常将铁电极与镍基阴极组合以形成镍-铁蓄电池。镍-铁蓄电池(Ni-Fe蓄电池)是可再充电蓄电池，其具有镍(III)氧化物/氢氧化物阴极和铁阳极以及电解质例如氢氧化钾。将活性材料保持在镀镍的钢管或穿孔的袋状物中。它是一种非常耐用的蓄电池，其容忍误用(过度充电、过度放电和短路)，并且即使如此处理仍能具有很长的寿命。它经常用于后备情况，在此情况下它能够连续充电并可持续超过20年。然而，由于其低比能量、不良的充电保持能力和高制造成本，其它类型的可再充电蓄电池在大多数应用中替代了镍-铁蓄电池。

这些蓄电池频繁循环使用的能力是由于反应物在电解质中的低溶解度。由于氢氧化亚铁的低溶解度，在充电过程中金属性铁的形成是缓慢的。虽然铁晶体的缓慢形成保护了电极，但是它也限制了高倍率性能。这些电池充电缓慢，并且只能缓慢放电。不应该由恒电压电源对镍-铁电池进行充电，因为热失控可损害它们。电池内部电压随着放气开始提高温度而下降，这增加了电流消耗并且进一步增加了放气和温度。

然而，工业将极大的受益于这样的蓄电池，例如Ni-Fe蓄电池或Mn-Fe蓄电池，其显示出改进的性能。使用也会因此增加。具有提高的效率、充电保持能力和循环寿命的铁阳极的蓄电池会受到极大的欢迎。

发明内容

本发明提供了具有铁阳极的蓄电池(例如Ni-Fe蓄电池)，其具有改进的性能特性。该蓄电池使用了特别的电解质和/或蓄电池分隔体。所得的效率、充电保持能力和循环寿命特性相比于现有技术中的这样的铁阳极蓄电池得到显著改进。

在其它因素中，还发现当在蓄电池中使用铁阳极时，特别的电解质和/或蓄电池分隔体的使用显著增强了蓄电池的性能特性。该电解质是基于氢氧化钠的电解质。该分隔体是更厌铁的。分隔体是未处理的聚合物分隔体，例如由聚烯烃制成。结果是具有增强的功率、容量和效率的蓄电池。循环寿命可以比现有技术提高十倍。

附图简要描述

图1是涂覆的铁阳极的透视图。

图2是在基材两侧上涂覆的铁阳极的侧视图和横截面视图。

图3是根据本发明的一个实施方案的蓄电池的示意图。

发明详细描述

出于本发明和描述的目的，将应用以下定义：

·以安培时(Ah)衡量蓄电池的容量。

·比能量定义以重量计的蓄电池容量，瓦时/千克(WH/kg)。蓄电池可以具有高比能量而差的比功率(载荷量)，在碱性蓄电池中就是这样。蓄电池可以具有低比能量但是能传递高比功率，例如采用超级电容器这是可能的。经常认为比能量与蓄电池容量和运行时间是同义的。

·以尺寸给出能量密度或体积能量密度，瓦时/升(WH/L)

·比功率定义蓄电池容量或蓄电池能提供的电流量。以瓦特/千克(W/kg)给出比功率。例如，用于动力工具的蓄电池经常表现出高比功率和低容量。比功率表明了内阻和功率传递。