[发明专利]一种可弯曲的柔性铝空气电池

说明书

一种可弯曲的柔性铝空气电池，所述的柔性铝空气电池从内往外依次包括铝合金阳极、碱性水凝胶电解质、使用复合催化剂的空气阴极和阴极集流体层叠而成；本发明首先将制作好的铝合金阳极夹在最中间，从内向外两侧依次放置碱性水凝胶电解质、使用复合催化剂的空气阴极、阴极集流体，并使用夹子将其固定，尽量避免因为界面接触影响电池总体性能；本发明一是将铝合金阳极夹在中间可以防止表面钝化，二是一个铝合金阳极与两个空气阴极相连，可以增大氧气吸附面积，从而提高氧吸附速率和氧化还原活性；本发明可弯曲的柔性铝空气电池解决了传统刚性结构供能设备无法满足下一代柔性可穿戴电子器件供能的实际需求，并有望实现大规模应用。

技术领域

本发明涉及铝空气电池技术领域，具体涉及一种可弯曲的柔性铝空气电池。

背景技术

柔性电子产品具有便携、轻便、可弯曲、可穿戴的优越特性，促进不同领域、不同功能的电子设备的发展。柔性可穿戴电子设备的发展对具有高能量密度和耐用性的柔性电源的需求迅速增加，柔性储能转换系统作为一种新型电源在未来市场中具有很大的应用前景。

近年来，开发高性能柔性能量存储和转换装置已经取得了相对不错的进展，但仍然存在许多技术挑战，对于柔性电子器件的应用，重复性外力下稳定的电化学性能对于柔性金属空气电池是至关重要的。许多工作仍致力于探索有效的电极/电解质材料以及更优选的电池结构，从而开发出具有更好的电化学性能的柔性电源来用于柔性电子产品供能。

发明内容

针对目前柔性电源发展存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种可弯曲的柔性铝空气电池，不仅可以满足微小器件及可穿戴电子设备对柔性、超轻、超薄储能设备的需求，同时通过此设计可以实现以下目的：一是将铝电极夹在中间可以防止表面钝化，二是一个铝电极与两个空气电极相连，可以增大氧气吸附面积，从而提高氧吸附速率和氧化还原活性；该可弯曲的柔性铝空气电池具有很大开发价值并有望实现大规模应用。

为了达到以上目的，本发明采用如下技术方案：

一种可弯曲的柔性铝空气电池，所述的柔性铝空气电池从内往外依次包括铝合金阳极（1）、碱性水凝胶电解质（2）、使用复合催化剂的空气阴极（3）和阴极集流体（4）层叠而成。

所述的铝合金阳极材料由铝、镁、镓和铟元素组成，各组分占铝合金阳极所有材料总质量的质量分数为：铝97~99%、镁0.5~1%、镓0.1~1.0%和铟0.1~1.0%，优选为铝98%、镁1%、镓0.4%和铟0.6%。

所述的碱性水凝胶电解质由凝胶聚合物和加入复合缓蚀剂的碱性电解液混合而成，其中缓蚀剂在碱性电解液中的质量分数为5%~8%，优选为缓蚀剂含量6%。

所述的凝胶聚合物为聚乙烯醇（PVA）和聚环氧乙烷（PEO），其中PVA:PEO质量比为10:1~5:1，优选为10:1。所述的复合缓蚀剂由锡酸钠和酪蛋白混合而成，锡酸钠和酪蛋白摩尔质量比为1:1。

所述的碱性电解液为NaOH或KOH溶液，其中NaOH溶液或KOH溶液的摩尔浓度为2~4mol/L，优选为4mol/L。

所述使用复合催化剂的空气阴极（3）其复合催化剂由掺硫石墨烯和二氧化锰组成，其中掺硫石墨烯占复合催化剂的质量分数为5~15%，二氧化锰占复合催化剂的质量分数为10~30%，其中优选为掺硫石墨烯含量为5%，二氧化锰含量为15%。

所述的阴极集流体由镍网材料制成。

电极材料制备完成以后，将其采用一个铝合金阳极通过左右两侧碱性水凝胶电解质与两个使用复合催化剂的空气阴极相连接，导线通过导电胶带粘到电极表面，电极与电解质相连接，外部两端通过导电胶带捆紧或者用夹子夹住，保证电解质与点极界面良好接触，从而避免因为界面接触影响电池总体性能。同时要保证表面留有空隙，氧气可以进入空气电极内部的催化剂层。

和现有技术相比，本发明具有以下优点：