CN1081394C - 海水或食盐水铝—空气电池及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种大功率准楔形结构静止海水或食盐水为电解液的铝——空气电池及其制造方法是:通过熔化工业纯铝,加入Ga、In、Mg、Zn、Mn、Sn、Pb等成分,经铸锭、热处理,热轧、冷轧、正火、退火、淬火、等工艺制成电池的铝电极。通过对乙炔黑和防水层热处理制得疏水性好、透气率高的空气电极。利用制得的铝电极,空气电极获得了大功率静止海水或食盐水为电解液的铝——空气电池。
Description
本发明属大功率静止海水或食盐水电解液铝——空气电池及其制造方法,一种大功率以海水或食盐水为静止电解液的铝——空气电池。已有技术的中性盐溶液铝——空气电池大功率电池组,都带有强制电解液循环流动和鼓风***或阳极低频振荡***等辅助设备,结构复杂。采用静止不流动中性盐溶液为电解液的铝——空气电池功率都很小,其单体电池功率不超过2W。铝电极成分为AL-Ga-In-Ti、AL-Ga-In-P、AL-Ga-Sn等合金,铝基材料采用99.99%的高纯铝,昂贵金属Ga的含量达0.2%以上,成本高,电流效率低,且铝阳极放电中途有钝化现象。电解液为高浓度Nacl和Na2SO4混合溶液或氯化物和氟化物混合溶液。[A.R.Desplc:“Proc of the 29he IUPAC Congress.Cologne Feoleral Republic of Germany.5-10June1983”1984 P267~274;D、M、Drazic、A、R、Despicand S、K、Zecevlc.Fuell Cell Trens ln Research andAppllcatlon P105~125(1987)],静止中性盐溶液小功率铝——空气电池工作电流小,10Ω放电,输出电流0.12A(日本专利昭62-37885);空气电极制造工艺陈旧,仍用传统的活性炭作催化层,乙炔黑作防水层,PTFE为粘接剂制成(中国专利CN88107970)。
本发明的目的是采用成本低、活性高,无中途钝化、铝利用率高的铝电极,廉价的海水(或食盐水)为电解液,具有高透气性、极化值小的空气电极和本发明的准楔形电池结构,制成中性静止电解液大功率机械再充电式铝——空气电池,克服已有技术的缺点。
本发明的海水或食盐水铝——空气电池是这样实现的。
1、两空气电极[8]相对而立与电池壳体[6]构成容器,电池上部两空气电极极间距大,下部极间距小的准楔形结构。
2、铝电极引线铜片经电池上盖压紧后***另一电池空气电极集流插孔[9]中。
3、通过熔化工业纯铝加入0.01~0.15%Ga,0.01~0.10%In,0.05~0.5%Mg,0.05~0.3%Sn,0.03~0.5%Zn,0.05~0.3%Mn和0.05~0.3%Pb等成分制成铝合金锭。铝合金锭经加热至250℃~600℃,恒温3~8小时、热轧、冷轧、再加热至150℃~550℃,+恒温1~6小时,作正火、退火、淬火等热处理工艺制得铝合金带。
4、空气电极由催化层[1]+防水层[2]+导电网[4]+透气层[3]组成。防水层中的乙炔黑在700℃~900℃的惰性氛围中热处理,防水层中加入Na2SO4、(NH4)2CO3发孔剂,防水层在丙酮中浸煮6~12小时,凉干,再加热至100℃~300℃恒温1-3小时。然后再升温到350℃~380℃恒温15~90分钟。
本发明的海水或食盐水大功率铝——空气电池制造工艺为:将工业纯铝锭装入井式电炉的石墨坩埚中,加热熔化成750℃~1000℃的铝溶液,按重量比加入0.01~0.15%Ga,0.01~0.10%In,0.05~0.5%Mg,0.05~0.3% Sn,0.03~0.5% Zn,0.05~0.3%Mn和0.05~0.3%Pb等,用石墨棒搅均匀,浇铸成500×120×60mm的合金铝锭。将铝合金锭装入箱式炉中加热至250℃~600℃恒温3-8小时,热轧至5mm,然后冷轧成0.5~0.8mm厚的铝合金带。再将其装入箱式炉中加热至150℃~550℃恒温1-6小时,作正火、退火、淬火处理后,裁成[45×140mm的铝合金片,铆上60×40×0.1mm的铜片,铆接处涂以清漆,制成电位相对于饱合甘汞电极电位为-1.49V的铝电极。
说明书附图:
图1空气电极结构
图2单体电池装配示意图
附图说明:
1——催化层
2——防水层
3——透气层
4——导电网
5——集流铜片
6——电池壳体
7——铝电极
8——空气电极
9——集流插孔
10——电池上盖
11——壳体密封圈
12——铝电极集流铜片
13——壳体镶块
14——电池上盖环绕突出体
本发明所用的空气电极结构如附图1,是按催化层[1]+防水层[2]+一端焊接着集流铜片[5]的导电网[4]+透气层[3]的顺序叠加后,压制而成。其中防水层的制造方法是将PTFE和在700℃~900℃下在惰性氛围中热处理2~6小时的乙炔黑及作为发孔剂的Na2SO4、(NH4)2CO3细粉末混合,加入适量工业酒精均匀滚压制成0.5~1mm厚的膜,在丙酮中浸煮6~12小时,凉干,装入箱式炉加热到100~300℃恒温15~90分钟冷却取出。其透气层是用高透气率的纤维膜浸上树脂,用疏水剂处理制成。
本发明的单体电池结构如附图2。单体电池有两片相等面积为15×14cm2的空气电极[8]相对而立粘接于电池壳体[6]上,两空气电极[8]的集流铜片[5]焊接成一体,将两空气电极[8]连接。铝电极[7]置于电池中间,电池上部两空气电极[8]间距为2cm,下部两空气电极间距1cm。耐腐蚀金属插孔[9]焊接于一空气电极[8]集流铜片上,作为空气电极[8]极柱。电池壳体[6]上部一侧没带有凸台的铝电极定位体[13],定位体凸台装有橡胶垫圈[11],将置于电池中的铝电极引线铜片[12]折弯90°,放在定位体[13]上,伸出电池体外,电池上盖[10]上有环形实出体[14]。向电池内注入电解液后,将上盖[10]扣于电池壳体[6]上,电池上盖[10]与电池壳体上的铝电极定位体挤压住铝电极引线铜片,垫圈[11]将铝电极引线铜片挤紧,可防止电解液沿其渗出。上盖上的另一环形突出体[14]与定位体挤住铝电极引线铜片[13],保证铝电极垂直对中于电池中。上盖上还设有带防水透气膜的透气孔,可使电池放电时产生的气体排出。电池串联时,铝电极引线铜片***另一电池的空气电极集流插孔中。
本发明的以海水或食盐水为电解液的大功率铝——空气电池的突出优点是铝合金电极中昂贵金属材料含量低,活性高,成本低,电流效率高,放电时无中途钝化现象。在60℃高温下铝电极正常溶解。对空气电极防水层热处理后,防水层中的亲水物质和发孔剂分解挥发彻底,疏水性好,孔率高,使空气向电极内表面扩散快保证了电池大电流工作,单体电池放电电流达10A以上,这就使电池在电解液不流动状态能输出大功率。电池放电时,电解液温度随之升高,但常是电池上部温度高,下部温度低,准楔形电池结构保证了电池内部温升均匀,避免了铝阳极溶解不均匀而过早断损。电池放电时,铝电极耗尽,用户可随时自行补充,避免了一般蓄电池需长时间充电的麻烦。
实施例:
按上述准楔形电池结构制成的大功率海水或食盐水铝——空气电池组,其铝电极按下列方法制成:将工业纯铝锭放入井式电炉的石墨坩埚中,加热熔化成950℃铝液,加入0.05%Ga、0.03%In、0.2%Sn、0.1%Zn、0.2%Pb、0.1%Mg、0.2%Mn用石墨捧搅匀,浇铸成500×120×60mm的铝合金锭。将铝合金锭装入箱式炉在450℃下恒温8小时,热轧至5mm,然后冷轧成0.6mm厚铝合金带,再装入箱式炉内加热至400℃恒温4小时作正火处理,裁成15×14cm的片,铆上60×40×0.1mm铜片,铆接处涂清漆,铝电极电位为-1.49V(相对饱合甘汞电极),电流效率为90%。空气电极按催化层+防水层+导电网+透气层顺序叠加后,以250Kg/cm2的压力压制而成。空气电极有效面积15×14cm2,防水层是由PTFE和在850℃下在CO2氛围中恒温处理5小时的乙炔黑按重量比1∶1外加150%(NH4)2CO3及15%Na2SO4混合后加适量工业酒精滚压成0.8mm的膜,放入丙酮中浸煮6小时,凉干,再装入箱式炉加热至250℃恒温2小时,再升温至350℃恒温30分钟,获得导电性,疏水性和透气性好的防水层。制成的铝——空气电池装入海水或食盐水溶液,单体电池开路电压1.67V,以8.5A电流放电,输出电压26V,以10A电流放电,输出电压24V以上,连续放电5小时,放电电压平稳。
Claims (5)
1、以海水或食盐水为电解液的铝—空气电池,其特征是:两片相等面积的空气电极[8]相对而立粘接于电极壳体[6]上,形成一个不漏水的容器,两空气电极[8]的集流铜片[5]焊接成一体,将两空气电极[8]连接,电池上部两空气电极[8]间距大,下部两空气电极间距小,耐腐蚀金属插孔[9]焊接于空气电极[8]的集流铜片[5]上,作为空气电极[8]的极柱,整个单体是一个上大下小的准楔形结构。
2、根据权利要求1所述的以海水或食盐水为电解液的铝—空气电池,其特征是:铝电极[7]置于准楔形单体电池中间,铝电极引线铜片[12]经电池上盖[10]与电池壳体上的铝电极定位体[13]压紧后,***另一单体电池空气电极集流插孔[9]中。
3、根据权利要求1或2所述的以海水或食盐水为电解液的铝—空气电池,其特征是:电池上盖设有带防水透气膜的透气孔。
4、以海水或食盐水为电解液的铝—空气电池的制造方法,其特征在于铝电极的制造方法是:通过熔化工业纯铝加入0.01—0.15%Ga,0.01—0.10%In,0.05—0.5%Mg,0.05—0.13%Sn,0.03—0.15%Zn,0.05—0.3%Mn和0.05—0.3%Pb制成铝合金锭,铝合金锭经加热至250℃—600℃,恒温3—8小时,经热轧,冷轧,再加热至250℃—550℃,恒温1—6小时,再作正火、退火、淬火等热处理工艺制得铝合金带,从而获得供电池使用的铝电极。
5、以海水或食盐水为电解液的铝—空气电池的制造方法,其特征在于空气电极的制造方法是:空气电极按催化层[1]+防水层[2]+导电网[4]+透气层[3]顺序放在一起,以250kg/cm2的压力压制而成,其中防水层[2]是将PTFE在700℃—900℃下在惰性气氛中热处理2—6小时的乙炔黑及作为发孔剂的Na2SO4、(NH4)2CO3细粉末混合,加入适量工业酒精均匀滚压制成,然后将膜在丙酮中浸煮6—12小时,凉干,装入箱式炉加热100℃—300℃,恒温15—90分钟冷却取出,从而获得防水层,导电网[4]为一种具良好导电性的铜网,透气层[3]是用高透气率的纤维膜浸上树脂,用疏水剂处理而成。
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