專利名稱：液控敞口鋁空電池裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于電池技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及可用于電動車作為動力電源的液控敞口鋁空電池裝置。
背景技術(shù)：
《有色礦冶》(2002年2月刊，第18卷第1期，p39-50)中的“鋁空氣電池的開發(fā)與應(yīng)用”一文指出，鋁是一種強度很高的能量載體，是開發(fā)電池的理想電極材料。鋁一直沒有成功地應(yīng)用于電化學(xué)能量儲存和轉(zhuǎn)換技術(shù)，是由于在活化狀態(tài)下鋁保護膜受到破壞，自反應(yīng)現(xiàn)象嚴重。特別是大功率放電，一般要求用強堿溶液作電解質(zhì)。如果鋁表面的保護膜破壞后，即使斷開電池負載，鋁在強堿溶液中的自反應(yīng)也不能終止。
中國專利97112053.6提出了一種采用加料板向電池內(nèi)加入鋁粒的鋁空電池，其加入量需要根據(jù)用電量預(yù)測。其采用的電解液是NaCl溶液，電池的輸出功率較小，一般用于航標(biāo)燈。
中國專利90219796.7介紹了一種能中斷發(fā)電的鋁空電池，該裝置將鋁片套在一個軟塑料袋內(nèi)，塑料袋口固定在一個硬方框上，方框又與一個把手相連。提高把手將負極鋁片套入塑料袋內(nèi)，發(fā)電停止。將把手按下，使負極鋁片暴露在電池的鹽溶液中，便開始發(fā)電，從而達到節(jié)省鋁片和方便用電的目的。但這種電池的傳動機構(gòu)較多，鋁片反應(yīng)一段時間后體積減小，硬方框較難起到隔開鋁片和電解液的功能。
上述鋁空電池的空氣極都是平板狀的，為了排放伴生氣體，需要在電池的上部開有排氣口，這樣，空氣極只能安裝在電池側(cè)面或傾斜安裝在電池上方。這類技術(shù)對電池的安裝精度和空氣極的強度要求較高。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提出一種液控敞口鋁空電池裝置，以使自放電產(chǎn)生的氫氣不影響電池的正常工作，而當(dāng)停止電池工作時，使鋁電極隨之停止和電解液的自腐蝕反應(yīng)。
這種液控敞口鋁空電池裝置，其特征在于以電解液管道11將電解液泵7與敞口電池1底部的電解液出入口6和電解液控制系統(tǒng)2中的儲液罐8分別連結(jié)組成；在敞口電池1之電池槽3內(nèi)距離底部一定間隙安裝鋁電極4，空氣極5安裝在鋁電極4的上方，敞口電池槽3的底部與鋁電極4和空氣極5相互之間留有間隙。
所述空氣極可采用現(xiàn)有通常的空氣電極；本實用新型特別設(shè)計的一種空氣極為將泡沫鎳裁成窄長條；以活性炭為主料，聚四氟乙烯乳液作為粘合劑，添加量為活性炭重量的7-15％；另外，還可加入少量乙炔黑、石墨、二氧化錳作為輔料，添加量不超過活性炭重量的20％；混合成糊狀涂抹在泡沫鎳長條上制成碳電極，用酒精做分散劑滴在碳電極上晾干，再用含量為10％~30％重量的聚四氟乙烯乳液涂抹在碳電極的表面上，放在180度烘箱內(nèi)烘烤不少于半小時，然后將整個電極卷繞成近似于阿基米德螺線形的圓筒狀，用梳齒狀支架固定。
需要電池工作時，開動電解液泵7將儲液罐8中的電解液10泵入敞口電池1內(nèi)，使空氣極5的一部分浸泡在電解液10中，形成氣液固三相共存的電解液液面9，電池即可工作；停止電池工作時，開動電解液泵7將電池槽3中的電解液10泵入儲液罐8中，電解液與鋁電極4脫離接觸，即終止電極反應(yīng)；鋁電極4暴露在空氣中，殘留在鋁電極4上的電解液10揮發(fā)后，鋁電極4的自反應(yīng)也隨之停止。
與現(xiàn)有鋁空電池相比，本實用新型采用的液控技術(shù)，即通過向敞口的電池槽中注入或抽出電解液來控制敞口電池的工作或停止，使得反應(yīng)伴生氣體的排放不影響電池工作，使得電池不工作時鋁電極暴露在空氣中，和電解液完全脫離，從而使鋁電極在電解液中的自腐蝕反應(yīng)終止。
本實用新型采用的敞口電池技術(shù)，是將伴生氣的排放和空氣的供應(yīng)集中在電池的頂部，簡化了電池的設(shè)計。重要的是空氣極不作為密封電解液的部件，不會因為長期承擔(dān)應(yīng)力出現(xiàn)漏液現(xiàn)象。特別是空氣極5的高度遠大于現(xiàn)有鋁空電池空氣極的厚度，電解液液面9的可調(diào)控范圍大，電解液6接觸到空氣極5頂部以下的任何位置，電池均可正常工作。


圖1為由單個鋁空電池和單個液控系統(tǒng)組成的液控敞口鋁空電池裝置的示意圖。
圖2為空氣極的俯視圖。
具體實施方式
實施例1本實施例通過單個鋁空電池和單個液控系統(tǒng)來說明液控敞口鋁空電池裝置的工作方式。圖1為液控敞口鋁空電池裝置示意圖敞口電池槽3和儲液罐8用PVC塑料制作，電解液泵7用耐堿的塑料泵或不銹鋼泵，可以雙向泵液。電解液泵7通過塑料管線11和敞口電池槽3的底部的出液口6以及儲液罐8連接，組成電解液控制系統(tǒng)2；鋁電極4用鋁板或鋁排彎折成L形并固定在敞口電池槽3的側(cè)壁，在側(cè)壁上方引出接線柱作為負極，鋁板或鋁排4的安裝距離敞口電池槽3的底部1-2毫米；空氣極5安裝在鋁板或鋁排4的上方2毫米左右的位置，不和鋁板或鋁排4接觸，固定在電池槽3的側(cè)壁上并引出接線柱作為正極。儲液槽8內(nèi)裝有重量濃度為20％-40％的KOH溶液10，將此電解液10泵入電池槽3，當(dāng)電解液液面9淹沒空氣極5的一部分后，電池即可輸出電力。若不需要電池工作，排除電池槽3的電解液，鋁板或鋁排4在自反應(yīng)氣體的攜帶下，很快就會干燥，形成氧化膜。
本實施例中采用的空氣極5是在“一種采用折疊式電極的電池裝置”(ZL02293063.9)中所述的空氣極基礎(chǔ)上改進而成將泡沫鎳裁成寬2.5厘米、長1米的窄長條，將活性炭、乙炔黑、石墨材料的重量按8∶1∶1的比例混合，再將此混合物和聚四氟乙烯乳液按9∶1的比例混合成糊狀涂抹在泡沫鎳長條上制成碳電極，用酒精做分散劑滴在碳電極上晾干，再用含量為10％~30％重量的聚四氟乙烯乳液涂抹在碳電極的表面上，放在180度烘箱內(nèi)烘烤半小時以上。然后將整個電極卷繞成圓筒狀，筒內(nèi)的形狀近似于阿基米德螺線，螺線間隔一般可選2毫米，整個電極用間隔2毫米的梳齒狀支架固定。這樣制成的空氣極5的高就是窄長條炭電極的寬，頂或底的直徑是4.5厘米，適合放入內(nèi)徑5厘米的電池槽內(nèi)。參見圖2，這種成型工藝更加方便生產(chǎn)。
這種鋁空氣電池的開路電壓為1.6伏，鋁的利用率為70％，槽中電解液每更換50毫升可以輸出15安時，長寬高為5×5×4厘米電池槽的輸出功率為5瓦。根據(jù)實際需要，制造更大功率的單電池，只要適當(dāng)增加電池槽的長寬，相應(yīng)地增加碳電極的長度即可以實現(xiàn)。電池槽和空氣極的高度根據(jù)液控系統(tǒng)的精度設(shè)計，電池工作時要保證電解液淹沒空氣極的一部分。
實施例2本實施例中，將鋁電極4的結(jié)構(gòu)改為底部是硬質(zhì)銅網(wǎng)或不銹鋼網(wǎng)的集流網(wǎng)4，同種材料的硬質(zhì)引線從側(cè)壁引出，網(wǎng)上放置廢棄的鋁材，如鋁線、易拉罐皮、鋁箔等4，其他部分與實施例1相同，工作方式也相同。
實施例3本實施例中，將36個敞口電池1串聯(lián)可構(gòu)成動力電池組，可以驅(qū)動180-250瓦的電動自行車；將2個電解液控制系統(tǒng)2相連后，一個作為儲液罐8另一個作為廢液罐8，廢液罐8可以更換，其中的廢液可回收再生利用。
權(quán)利要求1.一種液控敞口鋁空電池裝置，其特征在于以電解液管道11將電解液泵7與敞口電池1底部的電解液出入口6和電解液控制系統(tǒng)2中的儲液罐8分別連結(jié)組成；在敞口電池1之電池槽3內(nèi)距離底部一定間隙安裝鋁電極4，空氣極5安裝在鋁電極4的上方，敞口電池槽3的底部與鋁電極4和空氣極5相互之間留有間隙。
2.如權(quán)利要求1所述液控敞口鋁空電池裝置，特征在于所述空氣極采用梳齒狀支架固定的裁成窄長條的泡沫鎳卷繞成近似于阿基米德螺線形的圓筒狀的碳電極。
專利摘要本實用新型液控敞口鋁空電池裝置，特征是由電解液管道將敞口電池底部的電解液出入口和電解液控制系統(tǒng)中的電解液泵和儲液罐相連結(jié)組成；所述敞口電池之電池槽離底部一定間隙安裝鋁電極，空氣極安裝在鋁電極的上方，敞口電池槽的底部與鋁電極和空氣極相互之間均留有一定間隙。本實用新型可通過注入或抽出電解液來控制敞口電池的工作或停止，使得反應(yīng)伴生氣體的排放不影響電池工作；電池不工作時鋁電極暴露在空氣中，和電解液完全脫離，從而使鋁電極在電解液中的自腐蝕反應(yīng)終止。
文檔編號H01M12/06GK2768221SQ200420054710
公開日2006年3月29日 申請日期2004年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月25日
發(fā)明者徐獻芝, 徐大華 申請人:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)