[发明专利]一种柔性液态金属空气电池及电池组

说明书

技术领域

本发明涉及金属空气电池技术领域，特别涉及一种柔性液态金属 空气电池及电池组。

背景技术

金属空气电池也称金属燃料电池(MetalFuelCell,MFC)，是用活 泼固体金属代替燃料电池中的氢或富氢燃料形成的一种新型燃料电 池。其原理是将金属像氢燃料一样提供到电池中的阳极，与提供到阴 极的氧化剂发生电化学反应，从而将金属的化学能转化为电能。与传 统的内燃机和普通的电池相比，金属空气电池具有更大的能量密度和 更高的能量效率，无毒、无污染，燃料储存极其安全，结构简单，成 本低廉，充电时只需补充金属燃料，是很有发展和应用前景的电源。

依据电解液的种类，金属空气电池分为碱性(电解液是碱性溶液) 和中性(电解液是中性盐溶液)金属空气电池。根据燃料源的不同， 金属空气电池可分为铝、锌、镁、铁、钙和锂等金属空气电池。铝由 于产量丰富，电阻率低(2.76μΩ·cm^-1)，电化当量高(2.98Ah/g)，电 极电位负(-1.66V)，成为发展金属空气电池的首选材料。

铝在水中及空气中，表面会形成一层致密氧化膜，使其表面钝化， 增大了电池内阻，限制了阳极的电化学性能。通过在铝中添加少量镓、 铟、锰、镁、银、铊或铋等元素制成铝合金电极，使表面氧化膜易于 破坏，可以降低电阻，使铝阳极性能大幅度提升。但铝表面氧化膜一 旦被破坏，铝阳极很容易与电解液发生腐蚀反应，产生大量氢气，降 低电极的发电效率，且发电中途难以停止其腐蚀溶解。另一方面，由 于在盐溶液中，电池放电产物会成凝胶状，增大电池电阻，降低电池 效率，而在碱液中则不会出现这种情况，所以从电池效率上来讲，使 用碱溶液要比使用盐溶液好。但碱溶液腐蚀性强，会加剧铝电极的析 氢腐蚀，因此需要在电解液中添加缓蚀剂。此外，目前金属空气电池 中阳极为活泼金属消耗电极，电池充电时，采用置换金属电极的充电 方式，称为机械式可充电电池，电池结构复杂，操作不便。

综上所述，金属铝空气电池存在铝电极析氢腐蚀、表面氧化钝化、 不易再充电等问题，制约了其进一步发展。而且，迄今为止，几乎所 有的金属空气电池采用的都是固体金属电极，因而电池是以一种坚硬 状态工作，这在一些应用场合并不方便。在可穿戴技术与移动应用迅 速发展的今天，亟需开发结构简单、稳定高效、柔性可变性的新型金 属空气电池。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至 少部分地解决上述问题的一种柔性液态金属空气电池及电池组。

依据本发明的一个方面，提供了一种柔性液态金属空气电池，所 述电池包括：液态金属电极、多孔薄膜、电解液、空气电极和柔性壳 体，所述液态金属电极、多孔薄膜、电解液和空气电极均设于所述柔 性壳体内；

所述液态金属电极处于所述多孔薄膜和柔性壳体所形成的腔体 内，用于通过所述多孔薄膜上的孔洞与所述电解液接触，发生氧化反 应；

所述电解液设于所述液态金属电极和空气电极之间，用于提供电 化学反应的离子环境；

所述空气电极，用于提供电化学反应中的氧化剂。

可选地，所述电池还包括：正极和负极，所述正极由所述空气电 极引出，所述负极由所述液态金属电极引出。

可选地，所述电池还包括：液态金属注入口，所述液态金属注入 口设于所述柔性壳体的上表面，用于向所述电池中的液态金属电极补 充液态金属。

可选地，所述电池还包括：电解液注入口，所述电解液注入口设 于所述柔性壳体的上表面，用于向所述电池补充电解液。

可选地，所述液态金属电极采用低熔点金属或由至少两种低熔点 金属所组成的合金。

可选地，所述多孔薄膜由柔性绝缘材料制成；

和/或，

所述柔性壳体由柔性绝缘材料制成。

可选地，所述电解液为碱性或中性电解液。

可选地，所述空气电池由催化剂和透气膜组成，所述透气膜用于 使氧化剂进行所述电池。

依据本发明的另一个方面，提供了一种电池组，所述电池组包括： 正极触点、负极触点和至少两个所述的电池，各电池的正极均与所述 正极触点连接，各电池的负极均与所述负极触点连接。

可选地，所述电池组还包括：液态金属供应管道和电解液供应管 道；