一种金属空气电池的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明创造涉及空气电池，具体涉及一种金属空气电池。
【背景技术】
[0002]相关技术中，采用了这样一种方法，使用镍离子和铁离子的组合作为电池的阴极材料。然而为了满足阴极的管件的厚度需求，常常会剩余大量的金属颗粒，导致能量的损失和电池成本的增加。此外，在充放电周期中，随着金属卤化物量的增长，电池的衰退严重，进而电池的性能问题受到影响。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型的目的在于避免现有技术中的上述不足之处而提供一种金属空气电池。
[0004]本实用新型的目的通过以下技术方案实现:
[0005]提供了一种金属空气电池，其特征在于:包括钠阳极、空气阴极和固体电解质；所述钠阳极和空气阴极之间为固体电解质；所述固体电解质是一个β氧化铝固体电解质；所述钠阳极是一个熔融钠阳极；所述空气阴极包括碳、催化剂和阴极电解质。
[0006]优选地，所述催化剂为金属或金属氧化物。
[0007]优选地，金属空气电池还包括阴极端板、氧化铝环、金属垫片和阳极端板；所述阴极端板和阳极端板位于金属空气电池的两个相对端；所述阴极端板上对称开设有用于将环境中的空气推入金属空气电池中的空气入口和用于将空气从金属空气电池中排出的废气出口，所述的空气入口和废气出口沿金属电池的中轴线对称设置；所述氧化铝环对称设置于所述金属电池两端包围着所述钠阳极、空气阴极和固体电解质；阴极端板和阳极端板通过氧化铝环进行压缩。
[0008]优选地，金属空气电池还设置有一个与阳极端板相耦合的用于支撑钠阳极金属垫片；以及与空气阴极耦合的属丝网。
[0009]优选地，金属丝网是一个钼丝网。
[0010]优选地，所述催化剂为金属或金属氧化物；所述金属至少为以下物质中的一种:Pt、Pd、Ag和Au ;所述金属氧化物为Μη02;所述阴极电解质是有机溶剂加上钠盐或者是离子液体加上钠盐；述有机溶剂至少为以下物质中的一种:有机碳酸酯、醚类、酯类和甘醇二甲醚；所述有机碳酸酯至少包括以下物质中的一种:碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯和碳酸二甲酯；所述醚类至少包括以下物质中的一种:四氢呋喃醚和二恶烷。
[0011]优选地，所述离子液体至少包括以下物质中的一种:1-乙基-3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰)酰亚胺、1- 丁基-3-甲基咪唑鑰双(三氟甲基磺酰)酰亚胺、1- 丁基-1-甲基吡咯啉双(三氟甲基磺酰)酰亚胺和1-丁基-1-甲基哌啶鑰双(三氟甲基磺酰)亚胺。
[0012]优选地，所述钠盐至少包括以下物质中的一种:NaBr、Nal、NaPFjP NaSO 3CF3。
[0013]本实用新型的有益效果:
[0014]本发明的所采用的阴极活性材料为空气，不是存储于电池内，而是使用环境中的空气。通过位于空气阴极内部的催化剂，空气电化学性的减少，形成一个氧化或过氧化氢离子，进一步与阴极上的阳离子发生反应。本发明所述的金属空气电池由于降低了材料的成本的同时，提高了材料的可用性，因此，具有很强的实用性。此外，金属空气电池的钠阳极和空气阴极是分离的，所以，钠离子可在充电和放电期间在电极间传输。金属空气电池具有适中的操作温度范围，已达到最优的电解质和电极的电化学性能，提高了电荷的转移和降解功能。
【附图说明】
[0015]图1是本实用新型的结构示意图。
[0016]图2为金属空气电池在第一个周期的放电和充电曲线图。
[0017]图3为金属空气电池的电池容量衰退超过10个后期的曲线图。
[0018]其中:100-金属空气电池，110-阴极端板，120-空气阴极，130-金属丝网，140-氧化铝环，
[0019]150-固体电解质，160-钠阳极，170-阳极端板，180-金属垫片，190-氧化铝垫圈，195-空
[0020]气入口，197-废气出口。
【具体实施方式】
[0021]结合以下实施例对本实用新型作进一步描述。
[0022]如图1所示，本实用新型的实施例提供的一种金属空气电池100，包括钠阳极160、空气阴极120和固体电解质150 ;钠阳极160和空气阴极120之间为固体电解质150。金属空气电池100的可操作温度范围为100°C?200°C。
[0023]固体电解质150是一个β氧化铝固体电解质；所述钠阳极160是一个熔融钠阳极；所述空气阴120极包括碳、催化剂和阴极电解质，优选地，所述催化剂为金属或金属氧化物。优选地，所述催化剂为金属或金属氧化物；所述金属至少为以下物质中的一种:Pt、Pd、Ag和Au ;所述金属氧化物为Μη02;所述阴极电解质是有机溶剂加上钠盐或者是离子液体加上钠盐；述有机溶剂至少为以下物质中的一种:有机碳酸酯、醚类、酯类和甘醇二甲醚；所述有机碳酸酯至少包括以下物质中的一种:碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯和碳酸二甲酯；所述醚类至少包括以下物质中的一种:四氢呋喃醚和二恶烷。
[0024]优选地，所述离子液体至少包括以下物质中的一种:1-乙基-3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰)酰亚胺、1- 丁基-3-甲基咪唑鑰双(三氟甲基磺酰)酰亚胺、1- 丁基-1-甲基吡咯啉双(三氟甲基磺酰)酰亚胺和1-丁基-1-甲基哌啶鑰双(三氟甲基磺酰)亚胺。
[0025]优选地，所述钠盐至少包括以下物质中的一种:NaBr、Nal、NaPFjP NaSO 3CF3。
[0026]在本实施例中，金属空气电池100还包括从上到下布设的阴极端板110、氧化铝环140、金属垫片180和阳极端板170 ;所述阴极端板110和阳极端板170位于金属空气电池100的两个相对端；为了将空气从金属空气电池100中排出，所述阴极端板110上对称开设有用于将环境中的空气推入金属空气电池100中的空气入口 195和用于将空气从金属空气电池100中排出的废气出口 197，所述的空气入口 195和废气出口 197沿金属电池100的中轴线对称设置。所述空气阴极120中设置有一金属丝网130 ;所述金属垫片180紧邻钠阳极160下方，所述金属垫片180位于阳极端板170上；所述氧化铝环140对称设置于所述金属电池100两端包围着所述钠阳极160、空气阴极120和固体电解质150 ;所述氧化铝环140的上下端分别设置有氧化铝垫圈190 ;阴极端板110和阳极端板170通过分别设置有氧化铝垫圈190的氧化铝环140进行压缩。
[0027]此外，如图1所示，金属空气电池100还设置有一个与阳极端板170相耦合的用于支撑钠阳极160金属垫片180 ;以及与空气阴极120耦合的属丝网130，优选地，金属丝网130是一个钼丝网。
[0028]图2所示是金属空气电池100的操作温度为150°C、电流密度为0.16mA/cm2时，金属空气电池100在第一个周期的放电和充电曲线图，金属空气电池100的第一个周期的充电电压量为4.0V，第一周期的放电电容量为6.0Ah。
[0029]如图3所示为金属空气电池100超过10个周期后的电池容量衰退曲线图。在第一个周期后，金属空气电池100的性能发生显著的衰退，测试后的分析表明，在金属空气电池100放电过程中，产生的主要产物是NaCl，而不是Na20，这是由于在放电过程中，Na+和C1在空气阴极120上发生反应而生成NaCl。
【主权项】
1.一种金属空气电池，其特征在于:包括钠阳极、空气阴极和固体电解质；所述钠阳极和空气阴极之间为固体电解质；所述固体电解质是一个β氧化铝固体电解质；所述钠阳极是一个熔融钠阳极；所述空气阴极包括碳、催化剂和阴极电解质。2.根据权利要求1所述的一种金属空气电池，其特征在于:所述催化剂为金属或金属氧化物。3.根据权利要求1所述的一种金属空气电池，其特征在于:金属空气电池还包括阴极端板、氧化铝环、金属垫片和阳极端板；所述阴极端板和阳极端板位于金属空气电池的两个相对端；所述阴极端板上对称开设有用于将环境中的空气推入金属空气电池中的空气入口和用于将空气从金属空气电池中排出的废气出口，所述的空气入口和废气出口沿金属电池的中轴线对称设置；所述氧化铝环对称设置于所述金属电池两端包围着所述钠阳极、空气阴极和固体电解质；阴极端板和阳极端板通过氧化铝环进行压缩。4.根据权利要求3所述的一种金属空气电池，其特征在于:金属空气电池还设置有一个与阳极端板相耦合的用于支撑钠阳极金属垫片；以及与空气阴极耦合的属丝网。5.根据权利要求4所述的一种金属空气电池，其特征在于:金属丝网是一个钼丝网。6.根据权利要求1所述的一种金属空气电池，其特征在于:所述催化剂为金属或金属氧化物。7.根据权利要求6所述的一种金属空气电池，其特征在于:所述金属氧化物为ΜηΟ2。
【专利摘要】本实用新型公开了一种金属空气电池，包括钠阳极、空气阴极和固体电解质；所述钠阳极和空气阴极之间为固体电解质；所述固体电解质是一个β氧化铝固体电解质；所述钠阳极是一个熔融钠阳极；所述空气阴极包括碳、催化剂和阴极电解质。
【IPC分类】H01M12/06
【公开号】CN205159472
【申请号】CN201520746619
【发明人】杨云轩, 胡家郡
【申请人】湘潭大学兴湘学院
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2015年9月23日