CN108832197A - 双功能电池 - Google Patents

Abstract

一种双功能电池，属于电池技术领域。本发明的目的是充电时气体介质所产生的离子或者原子不是通过离子、原子的形态迁移循环，而是脱出后以分子形态的途径迁移进行循环的双功能电池。本发明电池是一种具备快速充电反应的二次电池与热源为能量转换途径对电池进行充电反应的双功能二次电池。本发明电池的原理与构造的特殊性，设计时增加存储设备对电池的气体介质进行分开存储，放电时气体进入电池内部产生反应输出电能，分开存储的优点；安全性高，负极材料使用量减少，减少成本造价，减小电池体积，提升电池能量密度，最关键的是没有自放电。

Description

双功能电池

技术领域

本发明属于电池技术领域。

背景技术

新能源纯电动汽车与燃油汽车相比较，存在几个问题，现有种类二次电池存在充电速度慢的问题，是消费者最焦虑的问题，还有在电池电量耗尽时在无电源、无充电桩等情况，也就是无电能补给时无法行驶的问题，现有的二次电池以锂离子电池为主流，充电时由于受限于电子、离子传输、正负极材料等多方面因素影响，充电电压不能提升的前提下，根据电压X电流=功率，只能加大电流，由此充电电流过大导致电池内热导致电池内部材料产生质变损伤，也因为电解质析出气体产生气体内压损坏电池，所以解决气体内压与充电电压是提升充电速度的关键。

发明内容

本发明的目的是充电时气体介质所产生的离子或者原子不是通过离子、原子的形态迁移循环，而是脱出后以分子形态的途径迁移进行循环的双功能电池。

本发明电池是一种具备快速充电反应的二次电池与热源为能量转换途径对电池进行充电反应的双功能二次电池，

本发明电池是在密闭的空间内，以气体物质为反应物为转换介质，以存储材料为载体存储气体，选用一种以上存储材料组成电池的正负极材料，其中负极存储材料载体为满气体状态（富离子、原子）的高浓度区，正极存储材料为空载状态（贫离子、原子）的低浓度区，形成正负极离子或者原子的浓差，形成电化学梯度，负极部分的原子或者离子在外电场的作用下移动与正极存储材料反应产生电能，正极部分同时存储移动过来的原子或者离子产生了高浓度区，此时负极部分产生低浓度区，

充电时使用交流电、直流电对电池提供电源充电，根据电池电阻率调整电流电压，产生电阻热效应对正极存储载体（高浓度区）部分进行分解脱出气体，同时被负极低浓度存储材料部分吸附形成高浓度的二次循环，再次形成正负极离子或者原子的浓差，形成电化学梯度进行二次放电反应，充电时气体介质所产生的离子或者原子不是通过离子、原子的形态迁移循环，而是脱出后以分子形态的途径迁移进行循环，

以气体物质为反应物为转换介质与负极金属或者催化剂反应，产生气体物质的原子或者离子同时产生电子转移，与空载存储载体低浓度部分发生电化学反应放电，存储载体在产生电化学反应的同时存储移动过来的原子与离子，反复脱出存储载体内的气体介质为电池内循环的反复使用，充电时气体介质所产生的离子或者原子并不是通过离子、原子的形态迁移循环，而是脱出后以分子形态的途径迁移进行循环，解决了电池充电速度慢，不属于其它种类二次电池的充放电过程，适用于各种气体，

第二功能（热源电池），在第一功能基础上同时具备利用外热源对电池内存储载体进行热分解、脱出气体物质循环，完成充放电的转换（燃料续航）的双重功能。

本发明原理与构造，

密闭的电池空间内，选配氢气为气体转换介质，选配吸附材料为储氢材料，负极选配镁系储氢合金，正极选配金属氨基储氢材料，由负极镁系储氢材料储氢后给出氢原子，利用正极金属氨基储氢材料脱氢后的亚氨基HN=(或-NH-)对氢原子的吸引，产生电化学反应产生电流电压，

如；负极所选配的金属储氢材料为镁系合金储氢材料吸氢温度在200-300℃之间，正极选配的金属氨基储氢材料为氨基锂（脱氢温度190℃开始脱氢）两种储氢材料的吸氢反应与脱氢反应在同一个温区内，以保证脱氢与吸氢同步性；

使用交流电或者直流电对正极氨基锂进行受热脱氢反应，根据氨基锂的电阻率调整电流电压，使金属氨基材料本体产生电阻发热同时受热脱氢，氨基锂储氢材料脱氢为亚氨基HN=(或-NH-)同时产生了正极储氢材料的贫氢状态，氨基锂脱氢反应Li2NH+LiH+H2=可逆=LiNH2+2LiH不论上述反应朝哪个方向进行，氨基锂（LiNH2）和亚氨基锂（Li2NH）总是反应的中间产物；

脱出的氢气被同在一个温区内处于吸氢状态的负极储氢材料吸附并且存储，同时保持了电池内压力的平衡，电池内部产生了气体方式的还原循环，充电完成后负极吸氢产生金属氢化物处于富氢状态，正极脱氢为贫氢状态，在外电场的作用下负极金属氢化物给出氢原子，NH-是缺电子基团（吸电子基团）不能独立存在而成为离子的接受体，负极镁系部分为富氢状态，提供氢原子给出电子,与NH-结合生成NH2-，充分利用氮原子吸附氢离子的特性，在闭合电路外电场的作用下产生电流电压，放电终止后正极部分产生金属氨基化合物（富氢状态），负极部分产生（贫氢状态），根据金属氨基化合物电阻率调整电流电压对电池施加交流电或者直流电，导致金属氨基化合物本体产生电阻热效应产生热，当温度达到脱氢反应时，金属氨基化合物开始脱氢反应，产生金属亚氨基化合物的贫氢状态，充电反应=脱氢反应与吸氢反应，金属氨基化合物包括NaNH2，KNH2，Mg(NH2)2，Ba(NH2)2，Li2NH，MgNH，BaNH，CaNH，KMg(NH)2，LiMg(NH)2；不一一列举，根据所设计电池性能与需要合理选配，对选配的储氢材料添加多种助剂调整吸氢脱氢的温度与压力，增加电导率增加电极电势。

本发明原理与构造，

正极选配金属硼氢化物储氢材料，如；硼氢化锂2LiBH4受热脱氢反应后产生BH-，负极金属氢化物存储的氢原子与BH-结合产生电流电压，最终产生BH4的富氢状态，充电时=重新对硼氢化锂脱氢，金属硼氢化物不一一列举，如低温储氢材料金属氨硼烷中锂代氨硼烷LiNH2BH3，有效氢容量大，并且可在100℃下快速脱氢，热解脱氢可释放出三个当量的氢，

储氢材料的选配要根据所设计电池性能与需要合理选配，根据1、2所诉；储氢材料并非氨基与硼氢化物的一种，与氢原子反应产生电流电压的、可分解为气体的储氢材料都适用于本发明电池的原理与构造。

本发明原理与构造，

使用氧气做气体转换介质，以氢氧化亚铁为负极氧气的存储材料，氢氧化钠为电解质，氧催化剂为正极材料，正极催化剂催化空气中的氧气产生氧离子通过电解质与氢氧化亚铁反应，由铁离子（Fe3+）和氢氧根离子（OH-）生成： Fe3++ 3OH-=Fe(OH)3↓，负极氢氧化亚铁化合价上升，最终产生氢氧化铁，外接交流电或者直流电对氢氧化铁负极产生电阻热产生分解，分解产生氧气与水同时排放至电池外，电池内部负极最终产生氢氧化亚铁，重新催化氧气进行二次放电反应。

使用氮气做为气体转换介质，负极金属锂单质为化合物，正极选配氮气吸附剂碳分子筛，氮气吸附剂内预先吸附有氮气（富氮状态）氮气与锂反应6 Li + N2 = 2 Li3N（反应条件：自发反应，）反应初期在碳分子筛表层形成氮化锂层（氮化锂本体也是电解质），持续反应产生电流电压，最终反应结束产生氮化锂，吸附剂碳分子筛处于贫氮状态，施加电流电压给电池正负极对氮化锂进行分解，氮化锂Li3N分解电压（25℃） 0.44 V ，超过分解电压时氮化锂开始分解Li3N==Li，根据氮化锂的电阻率加大电流电压促进氮化锂快速分解脱氮，分解出氮气的同时产生压力被吸附剂碳分子筛吸收同时平衡了电池内压力，重新与锂反应放电，快速充电是以能分解脱出气体物质循环吸附，脱出气体部分为负极材料部分，由此本发明电池吸附与脱附并不是指定正极材料部分，包括电解质的吸附脱附，是以本发明原理与构造来完成充放电反应为目的，而且气体并不是氢气的一种，各种单质气体、混合气体、化合气体、有机气体、产生放电反应后的物质进行电解分解、变温脱氢、等温脱氢、变压脱附、产生气体物质进行二次循环作功的，电池设置有独立的气体存储设备与电池组连接，使用控制阀控制气体的进出，选配氢气为气体介质，正极选配的储氢材料为能与氢原子反应产生电流电压的同时具备可分解为气体的储氢材料，对正极材料进行脱氢反应使储氢材料处于贫氢状态，脱出的氢气由真空泵抽取加压进入存储设备进行存储，负极选配催化剂（氧氢燃料电池的负极催化单元部分）放电时打开控制阀，氢气进入电池内部，氢气在负极催化剂的作用下分解成氢离子H+和电子e-，电子则沿外部电路移向正极部分，氢离子与正极储氢材料（贫氢状态）结合产生电流电压同时产生富氢状态，施加交流电、直流电、对电池进行充电反应=脱氢反应，脱出氢气回到存储设备，反复催化脱出氢气为电池内循环的反复使用来完成二次电池的循环，使用单独的电阻式加热器对电池内部材料进行加热脱氢，电阻式加热器结构简单、造价低廉、直接使用交流电的、市电、动力电，不需要根据电池内部化合物的电阻率，完成快速充电反应。

本发明原理与构造，

本发明电池是以电阻热效应脱氢替代充电部分反应，是根据电池反应物的电阻率施加电流电压使反应物发热（等于提升了充电电压），反应物产生热的脱氢反应（充电反应）速度快（利用了析出气体），由于本发明电池作功方式与其它种类二次电池不同，充电时的反应介质产生了气体物质产生了反应物外的循环，尤其充电部分的转化方式是以热力学进行能量转换（提升了充电电压），因此在电池放电过程中产生内热会增加电池能量转换率，此方式方法解决了电池充电速度的问题，尤其涉及以交流电直接转换的途径，直接使用市电、动力电（等于提升了充电电压）结构简单，耐高温，反应速度快，适用于各种气体介质。

本发明原理与构造，

无电源情况下，使用燃料（或者其它热源）加热电池，控制温度与电池吸氢脱氢温度吻合，产生电池内部的脱氢与吸氢反应，产生富氢部分与贫氢部分，完成对电池的充电。

本发明原理与构造，

无电源情况下，使用燃料（或者其它热源）加热电池，控制温度使电池内部所选配的储氢材料的脱氢与吸氢反应同步，对所选配催化剂与脱氢部分同步，产生电池内部的循环，持续性给定热能保持电池持续性输出电能。

本发明原理与构造，

以气体物质为转换介质，存储气体物质的介质为电池的化合、存储，并且通过物理与电化学反应产生电流电压，

以液体存储吸附脱附为充放电转换途径，

以电力对材料电阻产生热能产生物质的气体分解为量转换途径，包括电阻式加热器或者其它电力加热器，

以其它种类热源对电池内物质产生热分解为能量转换途径，

以其它种类热源持续对电池内物质、催化、分解、为转换途径持续产生电能，

以气体为介质在反应物外进行吸附脱附、催化、为充放电转换循环，热能为能量转换途径。

本发明原理与构造，

本发明电池提供一种新的原理与构造，充电时气体介质所产生的离子或者原子并不是通过离子、原子的形态迁移循环，而是脱出后以分子形态的途径迁移进行循环，解决了电池充电速度慢，不属于其它种类二次电池的充放电过程，同时解决无电源补给时继续续航的问题，是一种具备电源充电与热源充电的两种方式方法，根据用途需要两种功能分开制造使用、合并制造使用，都是本发明双功能电池中快速充电与热源电池的原理与构造的技术范围。

本发明原理与构造均为本发明电池原理与构造。

本发明电池的原理与构造的特殊性，设计时增加存储设备对电池的气体介质进行分开存储，放电时气体进入电池内部产生反应输出电能，分开存储的优点；安全性高，负极材料使用量减少，减少成本造价，减小电池体积，提升电池能量密度，最关键的是没有自放电，节约大量电能，例如；电动汽车在实际使用过程中，大功率电池组总是要保持有电状态，电池组始终存在自放电的问题，产生无形的消耗，此消耗每时每刻消耗并且是终身消耗，随着电池的衰减，自放电消耗更是成倍增加。解决了其它种类电池析出气体与高温的问题，达到了快速充电的目的。

附图说明

图1是本发明双功能电池内部结构示意图；图中1正极，2负极，3电解质，4网状充电电极，5正极储氢材料，6负极储氢材料，17充电电源；

图2是本发明包含双功能电池的电池组结构示意图；图中1正极，2负极，3电解质，4网状充电电极，5储氢材料，6催化剂，7石棉隔板，8进气控制阀，9进气管路，10储存罐，11出气控制阀，12出气管路，13电池组主体，14加热器，15热源加热***，16多组单体电池。

具体实施方式

本发明是二次电池领域，快速充电电池，热源电池，增程式电池。

本发明所采用的技术方案为：

本发明电池是以气体物质为反应物为转换介质，可存储气体的材料为电池的能量存储载体部分（离子或者原子的高浓度），在物理与电化学反应下与其它存储材料（离子或者原子的低浓度）反应，产生电流电压，充电时对富能量部分进行热分解脱出气体被贫氢部分吸附，充电时气体介质所产生的离子或者原子不是通过离子、原子的形态迁移循环，而是脱出后以分子形态的途径迁移进行循环，解决了其它种类电池析出气体与高温的问题，达到了快速充电的目的。

充电时气体介质以分子的形态不通过离子、原子的方式迁移循环，

本发明电池与氢燃料电池放电原理类似，区别是本发明电池使用储氢材料代替氧催化部分，利用储氢材料化合物的贫氢状态与负极催化的氢原子、氢离子、反应产生电流电压，产物是储氢材料的富氢状态（反应后的氢气存储起来），分解脱氢（等同于充电）回到贫氢状态继续进行放电反应，氢气在密闭的电池内反复脱出，产生二次放电。

例如；以氢气为转换介质，密闭的电池空间内，负极镧镍为储氢材料（富氢部分）为氢化镧镍，通过物理与电化学反应与另一部分正极的储氢材料亚氨基锂/硼氢化锂（脱氢后的贫氢状态）产生放电反应，氢化镧镍中的氢原子与正极部分带负电的NH-、BH-离子团，它们是缺电子基团（吸电子基团）不能独立存在而成为负离子的接受体，负极镧镍部分为富氢状态提供氢负离子H-,负氢离子H-与（缺电子基团）结合生成NH2-和BH4-.充分利用氮原子与硼原子吸附氢离子的特性，在闭合电路外电场的作用下产生电流电压，放电终止后正极部分产生氨基锂与硼氢化锂（富氢状态），负极部分产生镧镍（贫氢状态），

充电部分反应是对正极反应物氨基锂与硼氢化锂（富氢状态）进行脱氢的一个反应，脱出的氢气在温度与氢气内压的协同下被负极镧镍吸附生成（氢化镧镍）回到放电前状态。

利用催化剂对氢气进行催化产生氢离子同时产生电子在外电场的作用下迁移至储氢材料部分，最终脱氢。

储氢材料种类繁多，例如；氢化镁系在1.0mpa氢压下150℃时20s内吸氢质量分数达到4％以上，100s内达到最大吸氢量；脱氢速度，在200℃时200s内完全脱氢，通过添加助剂Ca、Cu、Al和稀土金属可提高吸氢脱氢的速度，

所以实际产品设计时根据充电速度与电池性能与电池能量密度等多方面原因考虑所选配材料不同，每一种材料的吸氢脱氢温度压力都不同，吸氢脱氢速度也都不同，所组成电池充放电时间也不相同，

某些金属或者合金氢化物的储氢相对密度甚至能达到氢气标准状态下的1000倍，能量密度高，复合氢化物储氢材料能够在低温范围(可以小于100℃)进行可逆吸放氢。

综上所诉；本发明电池是以电阻热效应脱氢替代充电部分反应，是根据电池反应物的电阻率施加电流电压是反应物发热（等于提升了充电电压），反应物产生热的脱氢反应（充电反应）速度快（利用了析出气体），由于本发明电池作功方式与其它种类二次电池不同，充电时的反应介质产生了电解质外的循环，尤其充电部分的转化方式是以热力学进行能量转换（提升了充电电压），因此在电池放电过程中产生内热会增加电池能量转换率，此方式方法解决了电池充电速度的问题，尤其涉及以交流电直接转换的途径，直接使用市电、动力电（等于提升了充电电压）结构简单，耐高温，反应速度快。

无电源情况下，根据快速充电电池原理，使用燃料（或者其它热源）加热电池，控制温度与电池脱氢温度吻合，产生电池内部的脱氢与吸氢反应，生成富氢部分与贫氢部分，完成对电池的充电。

无电源情况下，根据快速充电电池原理，使用燃料（或者其它热源）加热电池，控制温度使电池内部所选配的储氢材料的脱氢与吸氢反应同步，对所选配催化剂与脱氢部分同步，产生电池内部的循环，持续性给定热能保持电池持续性输出电能。

综上所诉；燃油燃烧增程优点，声音宁静，燃烧充分有利于环保。转换率高，解决了无电源情况下电池的续航问题。

本发明电池应用领域广泛，例如，所有二次电池应用领域，充电时直接使用市电、动力电，结构简单充电速度快，热源部分涉及人体温度发电，核能热源的静态发电，余热，燃料燃烧，所有热源发电领域。

本发明的正极网状集电极1、氨基锂与硼氢化锂混合储氢材料5添加碳粉、固剂类压实构成电池正极；负极网状电极或者碳布材料2、氢氧燃料电池负极材料或者储氢材料6构成电池负极；在电池中部是网状充电电极4，以网状充电电极4为分解用电极，以电池正极网状电极1为分解用正极与电池电极4连接外接电源17；网状充电电极4对应电池正极一侧有电解质3，电解质3是氨基（化）锂与硼氢化锂混合物。

本发明充放电过程是：

①充电过程：对以网状充电电极4为分解用电极与电池正极连接外接电源17施加直流或者交流电，在交流电或者直流电的作用下产生热，当发热温度到达190℃时开始脱氢，设计给定温度200-300℃，硼氢化锂脱氢反应2LiBH4→2LiH+2B+3H2↑，氢气穿过网状充电电极4至电池负极端，所产生氢气的同时产生电池内压，在温度与压力的协同下达到了电池负极端的镁基储氢材料吸氢条件，在这个温区内同步进行电池正极端脱氢与电池负极端吸氢，最终反应电池负极端吸氢产生镁基氢化物，正极端脱氢生成NH-、BH-；

②放电过程：正极端脱氢生成的带负电的NH-、BH-离子团成为负离子的接受体，此时2负极氢化镁基部分为富氢状态，提供氢离子，氢离子与缺电子基团的电解质结合生成NH2-和BH4-，充分利用氮原子与硼原子吸附氢离子的特性，在闭合电路外电场的作用下产生电流电压，同时产生富氢状态的电池正极部分氨基锂/硼氢化锂、贫氢状态的电池负极部分镁基储氢材料，放电结束后对进行①步骤的充电过程，对电池进行二次充电循环。

本发明包含双功能电池的电池组结构：在电池组主体13内安装有双分解电池和外接电源17，双分解电池外侧包覆有石棉隔板7，双分解电池的网状充电电极4作为分解用电极连接在外接电源17的电极，正极网状电极或者碳布材料1作为分解用电极与外接电源17的电极连接；在电池组主体13内壁附有加热器14，电池组主体13外侧安装有热源加热***15；电池组主体13分别通过进气管路9和出气管路12与储存罐10相通，在进气管路9和出气管路12上分别安装有进气控制阀8和出气控制阀11。

以下对本发明做进一步详细描述：

图1双功能电池内部结构：

正极；惰性金属网状集电极，

负极，惰性金属网状集电极，

电解质；氨基（化）锂与硼氢化锂混合物，固体电解质的同时具备可逆的储氢材料功能，合并材料，

选配储氢材料；镁系合金储氢材料吸氢温度在200-300℃之间，储氢材料硼氢化锂、氨基锂混合储氢材料的脱氢温度（190℃开始脱氢）两种储氢材料的吸氢反应与脱氢反应在同一个温区内，以保证脱氢与吸氢同步性。

电池为密闭方式，在电池的密闭空间内，1正极集电极与选配的储氢材料硼氢化锂/氨基锂混合储氢材料，添加粘剂并且压实形成整体，做1正极部分说明，同时具备3电解质的功能，

2负极集电极与选配的镁基储氢材料添加粘剂并且压实形成整体做2负极部分说明，

4网状电极在中间，一侧与1正极部分紧密接触另一侧与2负极部分紧密接触，形成一个整体，4网状充电电极不能过多的影响1正极部分与2负极部分的接触，装配电池时电池内部要留有空间以便于氢气流动。

本发明的工作过程是：

充电反应；对1正极部分与4充电电极施加交流电或者直流电，1正极部分的储氢材料氨基锂/硼氢化锂混合物具备一定的电阻率，在交流电或者直流电的作用下产生热（本体电阻发热），当发热温度到达190℃时开始脱氢，设计给定温度200-300℃范围，硼氢化锂脱氢反应2LiBH4→2LiH+2B+3H2↑，氨基（化）锂脱氢反应Li2NH+LiH+H2=可逆=LiNH2+2LiH不论上述反应朝哪个方向进行，氨基锂（LiNH2）和亚氨基锂（Li2NH）总是反应的中间产物。

1正极部分的储氢材料脱氢开始时所产生氢气的同时产生电池内压（氢气压力），在温度与压力的协同下达到了2负极端镁基储氢材料吸氢条件，在这个温区内同步进行1正极部分脱氢与2负极部分吸氢，在电池内部的空间中形成气体的循环同时也平衡了电池内的压力，最终反应2负极部分吸氢产生镁基氢化物（富氢），1正极部分脱氢生成NH-、BH-。

放电反应；1正极部分3电解质（同时也是5储氢材料）所生产的带负电的NH-、BH-离子团，它们是缺电子基团（吸电子基团）不能独立存在而成为负离子的接受体，此时2负极氢化镁基部分为富氢状态，提供氢负离子H-,负氢离子H-与3电解质（缺电子基团）结合生成NH2-和BH4-.充分利用氮原子与硼原子吸附氢离子的特性，在闭合电路外电场的作用下产生电流电压，同时产生1正极部分氨基锂/硼氢化锂（富氢状态），2负极部分镁基储氢材料（贫氢状态），放电结束后对电池进行充电反应步骤，对电池进行二次充电循环，

理想状态时，氨基(化)锂–硼氢化锂混合固态电解质的离子电导率在40℃时可达2×10-3 S/cm，

本发明中充电部分利用电阻率产生热量进行热脱氢反应，根据材料电阻率施加电压电流，不受电导率影响，所以充电速度快，为了提升电池性能，电解质部分添加助剂增加电导率，

本发明4充电电极并不是一定需要，设计4充电电极的作用是为了保护电池其它部分，例如负极材料部分、电解质、以及一些提升性能的组件在充电时不通过电流电压，只针对脱氢部分，对其它部分进行性能与使用寿命的保护，由此充电电极所设计的位置不一定是在中间位置，而是只针对脱氢材料部分设计。

实际产品设计时如果不采用4充电电极时使用直流电通过电池的正负极对电池进行电解分解（速度慢），快速充电同样是根据电阻率施加电流电压产生储氢材料本体发热进行快速脱氢，

实际产品设计时选配储氢材料种类繁多，根据产品设计性能合理选配，合理添加助剂，合理选配电极材料。

本发明电池第二功能；

热源电池，无电源情况下，使用燃料（或者其它热源）加热电池，控制温度与电池吸氢与脱氢温度吻合，产生电池内部的脱氢与吸氢反应，完成对电池的充电。

使用其它种类热源对电池内部储氢材料提供持续性热能，保持电池内部储氢材料持续进行吸氢脱氢的循环，持续输出电能，

所诉；本发明电池原理与构造尤其充电部分，不同于其它种类电池的充电部分，

所诉；本发明电池具备电源充电与热源充电的两种方式方法。

图2包含双功能电池的电池组结构：

图2是大型13电池组工作原理，主要功能是电池与气体介质分开存储，目的是减少自放电有利于长期存储，提升能量密度以及安全性，其中13电池主体内安装有16多组单体电池，

正极；1正极网状集电极，选配5锂代氨硼烷LiNH2BH3储氢材料添加碳粉、固剂类与1正极压实，形成整体为1正极部分说明，2负极网状电极或者碳布材料与6催化剂（氢氧燃料电池负极材料），或者低温吸附储氢材料，形成整体为2负极部分说明，电解质；3电解质根据储氢材料不同进行选配，在脱氢温度低于100℃的储氢材料条件下，使用石棉板吸附液体电解质，或者制备成胶体电解质、液态储氢物质、包括固体电解质。

选配储氢材料；

正极部分，选配脱氢温度低于100℃的储氢材料，目的是能更多的选配电解质种类，同时降低脱氢能量消耗，例如5金属氨硼烷化合物例如LiNH2BH3，有效氢容量大并且可在100℃下快速脱氢，热解脱氢可释放出三个当量的氢。

本发明图2说明书中，13电池为密闭方式，1正极部分与4充电电极紧密接触，4充电电极的另一侧与3电解质紧密接触，4网状充电电极不能过多的影响1正极部分与3电解质部分的接触，3电解质的另一侧与2负极部分紧密接触形成一个整体，为一个单体电池，13电池组内由16多组单体电池构成，16多组单体电池根据需要串联或者并联，装配电池时，每一个单体电池之间使用7石棉隔板进行绝缘隔离，同时具有透气性以便于每一个单体电池氢气的进出，也起到稳定电池内部结构的作用，电池内部要留有空间以便于氢气流通。

充电反应；

施加交流电或者直流电给1正极部分与4充电电极，1正极与4充电电极之间5金属氨硼烷化合物LiNH2BH3产生电阻热，设计给定温度100℃以内，产生脱氢反应，产生氢气的同时产生电池内压（氢气压力），由于密闭电池内空间有限，打开11出气控制阀，13电池组内氢气在压力的协同下通过12出气管路进入10储存罐，

1正极部分储氢材料5锂代氨硼烷脱氢生成(H2NBH2)n，1正极部分处于贫氢状态，完成脱氢反应，附加真空泵在12出气管路上抽取氢气给入存储罐进行增压提升电池性能。

放电反应；

类似于氢氧燃料电池放电反应，打开8进气控制阀，10储存罐内的氢气通过9管路进入13电池组内部，13电池组内部充满氢气，氢气在2负极上的6催化剂的作用下分解成氢离子H+和电子e-。氢离子进入3电解液中，而电子则沿外部电路移向1正极部分，1正极部分5储氢材料锂代氨硼烷脱氢生成(H2NBH2)n，成为氢离子的接受体，充分利用氮原子与硼原子吸附氢离子的特性，在闭合电路外电场的作用下产生电流电压，同时产生1正极部分5锂代氨硼烷化合物、5锂代氨硼烷LiNH2BH3（富氢状态），放电结束后对13电池组进行充电反应步骤，对电池进行二次充电循环，与氢氧燃料电池的区别是氢气放电反应后被正极5储氢材料存储起来，充电反应脱氢后再次被收集到10储存罐内，重新释放氢气产生电能，更多的大型电池组可共用一个10储存罐，由管路连接与控制。

实际产品设计时如果不采用4充电电极时使用直流电通过电池的正负极对电池进行电解分解（速度慢），快速充电同样是根据电阻率施加电流电压产生储氢材料本体发热进行快速脱氢，

电池组内设计有14电阻加热器组件，使用交流电产生热能进行电池组内的脱氢反应（等同于充电反应）市电、动力电、充电简单化，加热组件位置根据产品设计布局。

本发明电池第二功能；

热源电池，无电源情况下，使用燃料（或者其它热源）15热源加热***加热电池，控制温度与电池脱氢温度吻合，产生电池内部的脱氢反应，脱出氢气进入10储存罐，完成对电池的充电。

关闭放电后的8进气控制阀与11出气控制阀，使10储存罐与13电池主体断开连接，使用燃料或者其它种类热源15热源加热***对13电池内部储氢材料提供持续性热能，保持电池内部5储氢材料持续进行脱氢，6催化剂持续催化，形成电池内部的循环，持续输出电能，

10储存罐内可填充气体吸附剂或者储气材料增加存储量与安全性，并且存储罐还具备合成气体等多元化功能，并不局限于存储功能，大型电池主体内部的电池组可单独设计为多样化、多元化，并不是上述说明中的一种。

所诉；大型电池组实际运转时，要使用更多的附加组件对电池的温度进行辅助、温度监控，对电池温度进行合理的控制，以及附加还原、催化、干燥等手段，对本发明所设计的电池作功性能进行精准辅助，燃料对电池增程最佳方式是燃烧汽油通过热交换器对机油或者防冻液等液体加热到指定温区，对多个大型电池组进行循环给热，优点是温度容易控制，所有电池组受热均匀。

所诉；本发明电池具备电源充电与热源充电的两种方式方法。

所诉；本发明原理说明书中，只对原理与构造进行说明，

以电力对材料电阻产生热能产生物质的气体分解为能量转换途径，

以其它种类热源对电池内物质产生热分解为能量转换途径，

以其它种类热源持续对电池内物质、催化、分解、为转换途径持续产生电能，

以气体为介质进行吸附脱附、催化、为充放电转换途径，热能为能量转换途径，

因此，并非实际产品尺寸与全部构造，例如；提升电池性能的附属部分不做详细说明，例如电解质部分的选配，储氢材料部分的选配，增加交换膜，这些附加组件可提升本发明电池的作功性能，也属于公知范围，本发明原理说明中不做详细说明，只做原理与构造说明。

本发明的说明书是为了简洁直观的对本发明的电池做原理上的说明，并不是上述几种形状与构造，气体反应物并不是氢气一种，反应介质包括所有单质气体、合成气体、混合气体、化合气体、可相变的物质。金属包括所有金属、合金、混合物质、半导体。

所诉；以上结合附图对本发明的实施作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式，对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种双功能电池，其特征在于：

本发明电池是一种具备快速充电反应的二次电池与热源为能量转换途径对电池进行充电反应的双功能二次电池，

本发明电池是在密闭的空间内，以气体物质为反应物为转换介质，以存储材料为载体存储气体，选用一种以上存储材料组成电池的正负极材料，其中负极存储材料载体为满气体状态（富离子、原子）的高浓度区，正极存储材料为空载状态（贫离子、原子）的低浓度区，形成正负极离子或者原子的浓差，形成电化学梯度，负极部分的原子或者离子在外电场的作用下移动与正极存储材料反应产生电能，正极部分同时存储移动过来的原子或者离子产生了高浓度区，此时负极部分产生低浓度区，

充电时使用交流电、直流电对电池提供电源充电，根据电池电阻率调整电流电压，产生电阻热效应对正极存储载体（高浓度区）部分进行分解脱出气体，同时被负极低浓度存储材料部分吸附形成高浓度的二次循环，再次形成正负极离子或者原子的浓差，形成电化学梯度进行二次放电反应，充电时气体介质所产生的离子或者原子不是通过离子、原子的形态迁移循环，而是脱出后以分子形态的途径迁移进行循环，

以气体物质为反应物为转换介质与负极金属或者催化剂反应，产生气体物质的原子或者离子同时产生电子转移，与空载存储载体低浓度部分发生电化学反应放电，存储载体在产生电化学反应的同时存储移动过来的原子与离子，反复脱出存储载体内的气体介质为电池内循环的反复使用，充电时气体介质所产生的离子或者原子并不是通过离子、原子的形态迁移循环，而是脱出后以分子形态的途径迁移进行循环，解决了电池充电速度慢，不属于其它种类二次电池的充放电过程，适用于各种气体，

第二功能（热源电池），在第一功能基础上同时具备利用外热源对电池内存储载体进行热分解、脱出气体物质循环，完成充放电的转换（燃料续航）的双重功能。

2.根据照权利要求1所述的双功能电池，其特征在于：其原理与构造，

密闭的电池空间内，选配氢气为气体转换介质，选配吸附材料为储氢材料，负极选配镁系储氢合金，正极选配金属氨基储氢材料，由负极镁系储氢材料储氢后给出氢原子，利用正极金属氨基储氢材料脱氢后的亚氨基HN=(或-NH-)对氢原子的吸引，产生电化学反应产生电流电压，

如；负极所选配的金属储氢材料为镁系合金储氢材料吸氢温度在200-300℃之间，正极选配的金属氨基储氢材料为氨基锂（脱氢温度190℃开始脱氢）两种储氢材料的吸氢反应与脱氢反应在同一个温区内，以保证脱氢与吸氢同步性；

使用交流电或者直流电对正极氨基锂进行受热脱氢反应，根据氨基锂的电阻率调整电流电压，使金属氨基材料本体产生电阻发热同时受热脱氢，氨基锂储氢材料脱氢为亚氨基HN=(或-NH-)同时产生了正极储氢材料的贫氢状态，氨基锂脱氢反应Li2NH+LiH+H2=可逆=LiNH2+2LiH不论上述反应朝哪个方向进行，氨基锂（LiNH2）和亚氨基锂（Li2NH）总是反应的中间产物；

脱出的氢气被同在一个温区内处于吸氢状态的负极储氢材料吸附并且存储，同时保持了电池内压力的平衡，电池内部产生了气体方式的还原循环，充电完成后负极吸氢产生金属氢化物处于富氢状态，正极脱氢为贫氢状态，在外电场的作用下负极金属氢化物给出氢原子，NH-是缺电子基团（吸电子基团）不能独立存在而成为离子的接受体，负极镁系部分为富氢状态，提供氢原子给出电子,与NH-结合生成NH2-，充分利用氮原子吸附氢离子的特性，在闭合电路外电场的作用下产生电流电压，放电终止后正极部分产生金属氨基化合物（富氢状态），负极部分产生（贫氢状态），根据金属氨基化合物电阻率调整电流电压对电池施加交流电或者直流电，导致金属氨基化合物本体产生电阻热效应产生热，当温度达到脱氢反应时，金属氨基化合物开始脱氢反应，产生金属亚氨基化合物的贫氢状态，充电反应=脱氢反应与吸氢反应，金属氨基化合物包括NaNH2，KNH2，Mg(NH2)2，Ba(NH2)2，Li2NH，MgNH，BaNH，CaNH，KMg(NH)2，LiMg(NH)2；不一一列举，根据所设计电池性能与需要合理选配，对选配的储氢材料添加多种助剂调整吸氢脱氢的温度与压力，增加电导率增加电极电势。

3.根据照权利要求2所述的双功能电池，其特征在于：其原理与构造，

正极选配金属硼氢化物储氢材料，如；硼氢化锂2LiBH4受热脱氢反应后产生BH-，负极金属氢化物存储的氢原子与BH-结合产生电流电压，最终产生BH4的富氢状态，充电时=重新对硼氢化锂脱氢，金属硼氢化物不一一列举，如低温储氢材料金属氨硼烷中锂代氨硼烷LiNH2BH3，有效氢容量大，并且可在100℃下快速脱氢，热解脱氢可释放出三个当量的氢，

储氢材料的选配要根据所设计电池性能与需要合理选配，根据1、2所诉；储氢材料并非氨基与硼氢化物的一种，与氢原子反应产生电流电压的、可分解为气体的储氢材料都适用于本发明电池的原理与构造。

4.按照权利要求1所述的双功能电池，其特征在于：原理与构造，

使用氧气做气体转换介质，以氢氧化亚铁为负极氧气的存储材料，氢氧化钠为电解质，氧催化剂为正极材料，正极催化剂催化空气中的氧气产生氧离子通过电解质与氢氧化亚铁反应，由铁离子（Fe3+）和氢氧根离子（OH-）生成： Fe3++ 3OH-=Fe(OH)3↓，负极氢氧化亚铁化合价上升，最终产生氢氧化铁，外接交流电或者直流电对氢氧化铁负极产生电阻热产生分解，分解产生氧气与水同时排放至电池外，电池内部负极最终产生氢氧化亚铁，重新催化氧气进行二次放电反应；

使用氮气做为气体转换介质，负极金属锂单质为化合物，正极选配氮气吸附剂碳分子筛，氮气吸附剂内预先吸附有氮气（富氮状态）氮气与锂反应6 Li + N2 = 2 Li3N（反应条件：自发反应，）反应初期在碳分子筛表层形成氮化锂层（氮化锂本体也是电解质），持续反应产生电流电压，最终反应结束产生氮化锂，吸附剂碳分子筛处于贫氮状态，施加电流电压给电池正负极对氮化锂进行分解，氮化锂Li3N分解电压（25℃） 0.44 V ，超过分解电压时氮化锂开始分解Li3N==Li，根据氮化锂的电阻率加大电流电压促进氮化锂快速分解脱氮，分解出氮气的同时产生压力被吸附剂碳分子筛吸收同时平衡了电池内压力，重新与锂反应放电，快速充电是以能分解脱出气体物质循环吸附，脱出气体部分为负极材料部分，由此本发明电池吸附与脱附并不是指定正极材料部分，包括电解质的吸附脱附，是以本发明原理与构造来完成充放电反应为目的，而且气体并不是氢气的一种，各种单质气体、混合气体、化合气体、有机气体、产生放电反应后的物质进行电解分解、变温脱氢、等温脱氢、变压脱附、产生气体物质进行二次循环作功的，电池设置有独立的气体存储设备与电池组连接，使用控制阀控制气体的进出，选配氢气为气体介质，正极选配的储氢材料为能与氢原子反应产生电流电压的同时具备可分解为气体的储氢材料，对正极材料进行脱氢反应使储氢材料处于贫氢状态，脱出的氢气由真空泵抽取加压进入存储设备进行存储，负极选配催化剂（氧氢燃料电池的负极催化单元部分）放电时打开控制阀，氢气进入电池内部，氢气在负极催化剂的作用下分解成氢离子H+和电子e-，电子则沿外部电路移向正极部分，氢离子与正极储氢材料（贫氢状态）结合产生电流电压同时产生富氢状态，施加交流电、直流电、对电池进行充电反应=脱氢反应，脱出氢气回到存储设备，反复催化脱出氢气为电池内循环的反复使用来完成二次电池的循环，使用单独的电阻式加热器对电池内部材料进行加热脱氢，电阻式加热器结构简单、造价低廉、直接使用交流电的、市电、动力电，不需要根据电池内部化合物的电阻率，完成快速充电反应。

5.根据权利要求1-4所述的双功能电池，其特征在于：原理与构造，

本发明电池是以电阻热效应脱氢替代充电部分反应，是根据电池反应物的电阻率施加电流电压使反应物发热（等于提升了充电电压），反应物产生热的脱氢反应（充电反应）速度快（利用了析出气体），由于本发明电池作功方式与其它种类二次电池不同，充电时的反应介质产生了气体物质产生了反应物外的循环，尤其充电部分的转化方式是以热力学进行能量转换（提升了充电电压），因此在电池放电过程中产生内热会增加电池能量转换率，此方式方法解决了电池充电速度的问题，尤其涉及以交流电直接转换的途径，直接使用市电、动力电（等于提升了充电电压）结构简单，耐高温，反应速度快，适用于各种气体介质。

6.根据权利要求1-5所述的双功能电池，其特征在于：原理与构造，

无电源情况下，使用燃料（或者其它热源）加热电池，控制温度与电池吸氢脱氢温度吻合，产生电池内部的脱氢与吸氢反应，产生富氢部分与贫氢部分，完成对电池的充电。

7.根据权利要求1-6所述的的双功能电池，其特征在于：原理与构造，

无电源情况下，使用燃料（或者其它热源）加热电池，控制温度使电池内部所选配的储氢材料的脱氢与吸氢反应同步，对所选配催化剂与脱氢部分同步，产生电池内部的循环，持续性给定热能保持电池持续性输出电能。

8.根据权利要求1-7所述的双功能电池，其特征在于：原理与构造，

以气体物质为转换介质，存储气体物质的介质为电池的化合、存储，并且通过物理与电化学反应产生电流电压，

以液体存储吸附脱附为充放电转换途径，

以电力对材料电阻产生热能产生物质的气体分解为量转换途径，包括电阻式加热器或者其它电力加热器，

以其它种类热源对电池内物质产生热分解为能量转换途径，

以其它种类热源持续对电池内物质、催化、分解、为转换途径持续产生电能，

以气体为介质在反应物外进行吸附脱附、催化、为充放电转换循环，热能为能量转换途径。

9.根据权利要求1-8所述的双功能电池，其特征在于：原理与构造，

本发明电池提供一种新的原理与构造，充电时气体介质所产生的离子或者原子并不是通过离子、原子的形态迁移循环，而是脱出后以分子形态的途径迁移进行循环，解决了电池充电速度慢，不属于其它种类二次电池的充放电过程，同时解决无电源补给时继续续航的问题，是一种具备电源充电与热源充电的两种方式方法，根据用途需要两种功能分开制造使用、合并制造使用，都是本发明双功能电池中快速充电与热源电池的原理与构造的技术范围。

10.权利要求1-9任一所述原理与构造均为本发明电池原理与构造。