[实用新型]反应界面推移型化学电源电极

说明书

本实用新型涉及一种化学电源电极。

常用的二次化学电源（蓄电池）电极多采用多孔平板电极，其电极的制备方式是在基底电极上涂覆活性物质，经烘干或烧结制成极板。这类型电极在充放电过程中是以固（态）－固（态）循环性式进行，即电极反应物为固态，而反应产物也为另一种固态，这种固态循环电极的微观结构及形态会随着反复循环而发生变化，使电极容量不断衰退，严重影响电极的性能与寿命。另外，这种电极反应首先在电极的固／液界面进行反应，随着电极反应的进行，靠溶液向电极内部的扩散使反应界面由表及里进行反应，而反应产物也同时由电极内部不断向外部扩散。因此，这种常规电极的反应速率，很大程度上受到溶液向电极内部的扩散速率的限制，即受到浓差极化所控制。因而，不能单靠增加电极的厚度来提高电极的反应界面。这类型电极由于本身结构存在的问题，要实现快速充电通常是采用脉冲充电技术，但充电越快，活性材料的利用率就越低，且会影响电网的传输性能。例如目前电动车常用的铅酸蓄电池就属上述情况，其比能量低，使用寿命短，充电时间长，极大地影响了整车的性能。

另外有一种液流氧化还原电池，虽然其电极体系采用液（态）－液（态）循环形式，但其电极采用多孔平面电极，如采用碳纤维布，为了提高反应速率，减少浓差极化的影响，采用循环电液的方法，因此，这种电池体系需要循环泵，使整个电池系统复杂。

CN1051273A号专利申请公开了一种酸性板形正极板，它由两块结构相同的导电板叠合而成，导电板叠面四周布置主筋，每一块导电板上冲制有数量相等的进液孔，导电板叠面上涂敷铅粉，采用进液孔在导电板叠合面上加工成卷边或在导点板叠合面上布置加强的措施，以提高正极板的使用寿命。

CN1052222A号专利申请公开了一种铁硅碱性蓄电池，它的正极为管装板式，骨架用铁制成，每根铁条外套玻璃纤维管，管内先填含硅的正极粉剂；负极为板栅式，其骨架也用铁制成，外涂负极膏粉。

上述电极都采用在骨架上涂敷粉剂的办法，电极充放电过程属固（态）－固（态）循环形式。

本实用新型的目的旨在提供一种采用固－液充放循环或液－液充放循环反应界面推移型化学电源电极。

本实用新型所说的固－液循环是指充电形成的活性物质为固相，放电产物进入液相。本实用新型所说的液－液循环是指充放电过程活性物质为液相，但无需电液循环系统的储液罐。

本实用新型是采用叠层的网状电极，其层数在2层以上（含2层），液相活性物质储存在网眼及孔隙中。

本实用新型所说的网状结构是采用金属薄片拉网使之具有一定扭角的金属拉网或采用金属丝编织而成，其网络形状为菱形或方形。

本实用新型所说的网状结构也可以是采用碳毡及碳纤维布，碳纤维编织网。

所说的反应界面推移型化学电源电极结构是采用平面叠层或卷积结构。

所说的反应界面推移型化学电源电极其材料可采用金属镍，锌，铅，不锈钢，铁，钛等。

本实用新型可单独使用，也可与已有常规电极混合使用。

本实用新型由于采用平面叠层或卷积式的电极结构，电极面积显著增大。由于采用具有一定扭角的金属网，层与层之间存在大量的空间，其间可充满具有高比能的电解质溶液。对固－液充放电循环系统，当电极充电时，靠近充电极一侧的金属网层先沉积出活性物质。若电沉积的速率远大于溶液扩散的速率，则溶液扩散来不及提供电极反应所需的活性物质，使该区域的活性物质迅速耗尽。此时，这一区域的电沉积速率减慢，甚至停止反应，而紧接着的下一层金属网开始电沉积。随着充电的进行，沉积层由靠近充电极的一侧逐渐向另一侧推移。这种具有能随充电过程的进行反应界面自动随之移动之结构和功能的电极体系称之为反应界面推移型电极。反应界面推移速度是取决于充电电流的大小。充电电流越大，则反应界面推移速度就越快，越有利于整体电极快速均匀电沉积。因此，这种反应界面推移型电极适于电动车辆高速充电蓄电池的电极。

本实用新型特别适合于以恒定强电流进行充电。

本实用新型所构成的电池的容量，取决于叠层电极的层数、所充满溶液的体积及活性物质本身的电化当量。

图1和图2为本实用新型结构示意图。

图3为本实用新型采用网状平面叠层式结构示意图。

图4为本实用新型采用网状卷积式结构示意图。

图5为实用新型测试装置示意图。

图6为不同区域参比电极电位随时间的变化（I＝0.4A）。

图7为不同区域参比电极电位随时间的变化（I＝1.5A）。

图8为采用反应界面推移型化学电源电极构成的锌－空气电池结构示意图。