專利名稱：一種采用折疊式電極的電池裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬電化學技術領域，特別是涉及氣體電極的電池或燃料電池。
背景技術：
電池或燃料電池氣體電極的電化學反應要求在氣液固三相共存的條件下進行。目前普遍使用的氣體電極為氣體擴散電極，通常由多孔材料制成。據《燃料電池》(冶金工業(yè)部出版社，2002年，北京，p42-45)介紹，多孔電極至少分做兩層，高度疏水的多孔氣體擴散層和電解液潤濕薄層，在二者之間還裝有催化材料，并發(fā)生電化學反應；電極的一側面向電解液，另一側面向氣體。由于毛管力的作用，在多孔電極內形成三相界面。雖然這種電極使用較為普及，但仍存在三個問題，其一，因其工藝復雜，電極制造難以產業(yè)化；其二，多孔電極內的氣液輸運阻力較大，所以不能在大電流下工作；其三，長期工作后，一些雜質堵塞孔洞，使多孔電極內的氣液輸運更加困難。
技術內容本實用新型提出一種采用折疊式電極的電池裝置，電極制作簡單并可以在大電流條件下長期工作。
這種采用折疊式電極的電池裝置，包括氣體電極1及正極引出線6、儲液槽2、電解液3、負極反應物質4及負極引出線5；其特征在于所述氣體電極1是將電極材料薄片彎折成波紋板形狀或由多個裁剪成長條狀的電極材料薄片按一定間隙固定而成的折疊式電極1；折疊式電極1極板的一部分浸泡在電解液3中，或將折疊式電極1固定在固體電解質隔膜8上。
所述折疊式電極1與電解液3形成的三相界面7或與固體電解質隔膜8形成的交接面9即為電極工作面。
與現有由多孔材料制成的氣體擴散電極的電池相比較，本實用新型采用折疊式氣體電極的電池裝置有三大優(yōu)點第一、形成的三相界面不在多孔電極內，直觀明了，便于準確測量評價，便于批量生產；第二、因為折疊式電極1與電解液3形成的三相界面7上的氣液傳輸不在多孔介質內進行，其氣液傳輸速度遠大于在多孔電極的多孔介質內進行的氣液傳輸速度；實驗表明，大電流工作狀態(tài)下，其性能明顯優(yōu)于多孔電極；第三，電化學反應過程中形成的生成物或其他雜質堵塞電極孔洞后，不影響氣液傳輸。


圖1為采用波紋板形狀折疊式電極的電池結構示意圖；圖2為采用百葉窗形狀折疊式電極的電池結構示意圖；圖3為固定在固體電解質隔膜上的折疊式電極的電池結構示意圖。
具體實施方式

以下結合附圖說明本實用新型的具體實施方式
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實施例1本實施例以鋅--空氣單電池來說明折疊式電極電池的工作方式將可用于電池空氣極或燃料電池氣體電極的電極材料制成薄板，本實施例中的折疊式電極1具體采用200目以上的活性碳、乙炔黑，經聚四氟乙烯調和并碾壓在鎳網上，制成0.4至1毫米的薄電極，再彎折成如圖1中所示的波紋板形狀的氣體電極1。
構成電池時，正極空氣極采用折疊式電極1，將其固定安裝在電池儲液槽2內，使之部分浸沒在電解液3中、部分與空氣接觸，并將正極引出線6與折疊式電極1相連后引出；負極反應物質4使用鋅粉或鋅皮，負極引出線5和負極反應物質4相連并引出。
要使電池工作時，向電池儲液槽2內注入20--40％重量濃度的KOH溶液至淹沒折疊式電極1的一部分，則每個折疊面的正反面各有一條電解液水位線成為可供電化學反應的三相界面7。將折疊式電極1和正極引出線6、負極引出線5和負載連接，電池即可放電。氣體和液體在這種電極結構下的傳輸速度比在多孔介質內更快。本折疊式電極1計量反應空間即可以折疊面與電解液3交接水位線即三相界面7的總長度計量。這樣，在工程制造上便于更加準確直觀地進行設計。
若將本實施例中制作折疊式電極1所用的電極材料制成的薄板，平鋪在電解液上，大功率恒流放電在100mA/cm2時，電池工作一小時后電壓明顯下降；而將該薄電極制成本實用新型的折疊式電極1并設置成本實施例如圖1所示的電池結構時，在其他條件不變的情況下，本實施例電池的輸出電壓可連續(xù)穩(wěn)定直至金屬鋅完全消耗為止，由此可見本實用新型中的折疊式電極的優(yōu)點。
實施例2將實施例1中所述制作折疊式電極1用的電極材料制成的薄板裁剪成若干條形電極片，本實施例中使用了40片長×厚×寬為150×1×15(mm)的條形電極片，按1-3mm間隙依次將條形電極疊式固定，制成如圖2中所示的百葉窗形狀的折疊式電極1并和電極引出線6連接起來。
將折疊式電極1浸入電解液3，水位線淹沒至條形電極的一部分，形成可供電化學反應的三相界面7。其他與實施例1相同，設置成如圖2所示的電池結構。采用這種百葉窗形狀的折疊式電極1便于制造大型電極，便于電池安裝，且電池運行穩(wěn)定，使用壽命長。
實施例3本實施例以質子交換膜燃料電池為例來說明采用折疊式電極固定在固體電解質隔膜上的電池裝置的工作方式。
如圖3所示，本實施例中氫電極10和氧電極11的材料是用鉑碳催化劑與聚四氟乙烯混合后碾壓在鎳網或銀網上的薄片；氫電極10和氧電極11均彎折成波紋板形狀的折疊式電極式樣，并固定安置在質子交換膜即固體電解質隔膜8上。本實施例中，氫電極10和氧電極11與質子交換膜8之間的交接面9是電極的工作界面。若將氫電極10和氧電極11分別通過導線與負載相連，電池即可放電。
本實施例說明本實用新型的折疊式電極1既可以用于采用氣體作為反應物的電池正極，也可以用作電池負極。
實施例4本實施例以堿性氫氧燃料電池為例來說明本實用新型采用折疊式電極電池裝置的工作方式。
本實施例采用折疊式電極電池裝置也可用圖3來表示，只是在氫電極10和氧電極11之間放置的固體電解質隔膜8是浸滿KOH溶液的石棉隔膜8，所述氫電極10采用鍍金鎳網；所述氧電極11是由鎳網和用鍍鉑碳粒與聚四氟乙烯混合后制成的催化層碾壓而成的薄片；氫電極10和氧電極11均做成如圖1中所示的波紋板形狀的折疊式電極1的式樣，氫電極10和氧電極11與隔膜8之間的交接面9是電極工作的三相界面。若將氫電極10和氧電極11分別通過導線與負載相連，電池即可放電。
權利要求1.一種采用折疊式電極的電池裝置，包括氣體電極及正極引出線、儲液槽、電解液、負極反應物質及負極引出線；其特征在于所述氣體電極是將電極材料薄片彎折成波紋板形狀而成；其極板的一部分浸泡在電解液中。
2.如權利要求1所述采用折疊式電極的電池裝置，特征在于所述氣體電極是由多個裁剪成長條狀的電極材料薄片按一定間隙固定而成。
3.如權利要求1所述采用折疊式電極的電池裝置，特征在于所述折疊式電極固定在固體電解質隔膜上。
專利摘要本實用新型采用折疊式電極的電池裝置，包括氣體電極及正極引出線、儲液槽、電解液、負極反應物質及負極引出線；特征是所述氣體電極是將電極材料薄片彎折成波紋板形狀或由多個裁剪成長條狀的電極材料薄片按一定間隙固定而成；其極板的一部分浸泡在電解液中，或將折疊式電極固定在固體電解質隔膜上；電極與電解液形成的三相界面或與固體電解質隔膜形成的交接面即為電極工作面；該折疊式電極便于準確測量評價，氣液傳輸速度快，并可以在大電流條件下長期工作；電極制作簡單，便于批量生產。
文檔編號H01M4/94GK2599763SQ0229306
公開日2004年1月14日 申請日期2002年12月25日 優(yōu)先權日2002年12月25日
發(fā)明者徐獻芝, 梁振輝, 趙福海, 蔡傳緹, 徐大華, 孫建平 申請人:中國科學技術大學, 合肥諾吉科貿有限責任公司