专利名称：液控敞口铝空电池装置的制作方法
技术领域：
本发明属于电池技术领域，特别涉及可用于电动车作为动力电源的液控敞口铝空电池装置。
背景技术：
《有色矿冶》(2002年2月刊，第18卷第1期，p39-50)中的“铝空气电池的开发与应用”一文指出，铝是一种强度很高的能量载体，是开发电池的理想电极材料。铝一直没有成功地应用于电化学能量储存和转换技术，是由于在活化状态下铝保护膜受到破坏，自反应现象严重。特别是大功率放电，一般要求用强碱溶液作电解质。如果铝表面的保护膜破坏后，即使断开电池负载，铝在强碱溶液中的自反应也不能终止。
中国专利97112053.6提出了一种采用加料板向电池内加入铝粒的铝空电池，其加入量需要根据用电量预测。其采用的电解液是NaCl溶液，电池的输出功率较小，一般用于航标灯。
中国专利90219796.7介绍了一种能中断发电的铝空电池，该装置将铝片套在一个软塑料袋内，塑料袋口固定在一个硬方框上，方框又与一个把手相连。提高把手将负极铝片套入塑料袋内，发电停止。将把手按下，使负极铝片暴露在电池的盐溶液中，便开始发电，从而达到节省铝片和方便用电的目的。但这种电池的传动机构较多，铝片反应一段时间后体积减小，硬方框较难起到隔开铝片和电解液的功能。
上述铝空电池的空气极都是平板状的，为了排放伴生气体，需要在电池的上部开有排气口，这样，空气极只能安装在电池侧面或倾斜安装在电池上方。这类技术对电池的安装精度和空气极的强度要求较高。
技术内容本发明提出一种液控敞口铝空电池装置，可使得自放电产生的氢气不影响电池的正常工作，而当停止电池工作时，可使铝电极随之停止和电解液的自腐蚀反应。
这种液控敞口铝空电池装置，其特征在于以电解液管道11将电解液泵7与敞口电池1底部的电解液出入口6和电解液控制系统2中的储液罐8分别连结组成；在敞口电池1之电池槽3内距离底部一定间隙安装铝电极4，空气极5安装在铝电极4的上方，敞口电池槽3的底部与铝电极4和空气极5相互之间留有间隙。
所述空气极可采用现有通常的空气电极；本发明特别设计的一种空气极为将泡沫镍裁成窄长条；以活性炭为主料，聚四氟乙烯乳液作为粘合剂，添加量为活性炭重量的7-15％；另外，还可加入少量乙炔黑、石墨、二氧化锰作为辅料，添加量不超过活性炭重量的20％；混合成糊状涂抹在泡沫镍长条上制成碳电极，用酒精做分散剂滴在碳电极上晾干，再用含量为10％~30％重量的聚四氟乙烯乳液涂抹在碳电极的表面上，放在180度烘箱内烘烤不少于半小时，然后将整个电极卷绕成近似于阿基米德螺线形的圆筒状，用梳齿状支架固定。
需要电池工作时，开动电解液泵7将储液罐8中的电解液10泵入敞口电池1内，使空气极5的一部分浸泡在电解液10中，形成气液固三相共存的电解液液面9，电池即可工作；停止电池工作时，开动电解液泵7将电池槽3中的电解液10泵入储液罐8中，电解液与铝电极4脱离接触，即终止电极反应；铝电极4暴露在空气中，残留在铝电极4上的电解液10挥发后，铝电极4的自反应也随之停止。
与现有铝空电池相比，本发明采用的液控技术，即通过向敞口的电池槽中注入或抽出电解液来控制敝口电池的工作或停止，使得反应伴生气体的排放不影响电池工作，使得电池不工作时铝电极暴露在空气中，和电解液完全脱离，从而使铝电极在电解液中的自腐蚀反应终止。
本发明采用的敞口电池技术，是将伴生气的排放和空气的供应集中在电池的顶部，简化了电池的设计。重要的是空气极不作为密封电解液的部件，不会因为长期承担应力出现漏液现象。特别是空气极5的高度远大于现有铝空电池空气极的厚度，电解液液面9的可调控范围大，电解液6接触到空气极5顶部以下的任何位置，电池均可正常工作。
图1为由单个铝空电池和单个液控系统组成的液控敞口铝空电池装置的示意图。
图2为空气极的俯视图。
具体实施例方式实施例1本实施例通过单个铝空电池和单个液控系统来说明液控敞口铝空电池装置的工作方式。图1为液控敞口铝空电池装置示意图敝口电池槽3和储液罐8用PVC塑料制作，电解液泵7用耐碱的塑料泵或不锈钢泵，可以双向泵液。电解液泵7通过塑料管线11和敞口电池槽3的底部的出液口6以及储液罐8连接，组成电解液控制系统2；铝电极4用铝板或铝排弯折成L形并固定在敞口电池槽3的侧壁，在侧壁上方引出接线柱作为负极，铝板或铝排4的安装距离敞口电池槽3的底部1-2毫米；空气极5安装在铝板或铝排4的上方2毫米左右的位置，不和铝板或铝排4接触，固定在电池槽3的侧壁上并引出接线柱作为正极。储液槽8内装有重量浓度为20％-40％的KOH溶液10，将此电解液10泵入电池槽3，当电解液液面9淹没空气极5的一部分后，电池即可输出电力。若不需要电池工作，排除电池槽3的电解液，铝板或铝排4在自反应气体的携带下，很快就会干燥，形成氧化膜。
本实施例中采用的空气极5是在“一种采用折叠式电极的电池装置”(ZL02293063.9)中所述的空气极基础上改进而成将泡沫镍裁成宽2.5厘米、长1米的窄长条，将活性炭、乙炔黑、石墨材料的重量按8∶1∶1的比例混合，再将此混合物和聚四氟乙烯乳液按9∶1的比例混合成糊状涂抹在泡沫镍长条上制成碳电极，用酒精做分散剂滴在碳电极上晾干，再用含量为10％~30％重量的聚四氟乙烯乳液涂抹在碳电极的表面上，放在180度烘箱内烘烤半小时以上。然后将整个电极卷绕成圆筒状，筒内的形状近似于阿基米德螺线，螺线间隔一般可选2毫米，整个电极用间隔2毫米的梳齿状支架固定。这样制成的空气极5的高就是窄长条炭电极的宽，顶或底的直径是4.5厘米，适合放入内径5厘米的电池槽内。参见图2，这种成型工艺更加方便生产。
这种铝空气电池的开路电压为1.6伏，铝的利用率为70％，槽中电解液每更换50毫升可以输出15安时，长宽高为5×5×4厘米电池槽的输出功率为5瓦。根据实际需要，制造更大功率的单电池，只要适当增加电池槽的长宽，相应地增加碳电极的长度即可以实现。电池槽和空气极的高度根据液控系统的精度设计，电池工作时要保证电解液淹没空气极的一部分。
实施例2本实施例中，将铝电极4的结构改为底部是硬质铜网或不锈钢网的集流网4，同种材料的硬质引线从侧壁引出，网上放置废弃的铝材，如铝线、易拉罐皮、铝箔等4，其他部分与实施例1相同，工作方式也相同。
实施例3本实施例中，将36个敞口电池1串联可构成动力电池组，可以驱动180-250瓦的电动自行车；将2个电解液控制系统2相连后，一个作为储液罐8另一个作为废液罐8，废液罐8可以更换，其中的废液可回收再生利用。
权利要求
1.一种液控敞口铝空电池装置，其特征在于以电解液管道11将电解液泵7与敞口电池1底部的电解液出入口6和电解液控制系统2中的储液罐8分别连结组成；在敞口电池1之电池槽3内距离底部一定间隙安装铝电极4，空气极5安装在铝电极4的上方，敞口电池槽3的底部与铝电极4和空气极5相互之间留有间隙。
2.如权利要求1所述液控敝口铝空电池装置，特征在于所述空气极为将泡沫镍裁成窄长条；以活性炭为主料，聚四氟乙烯乳液作为粘合剂，添加量为活性炭重量的7-15％；还可加入少量乙炔黑、石墨、二氧化锰作为辅料，添加量不超过活性炭重量的20％；混合成糊状涂抹在泡沫镍长条上制成碳电极，用酒精做分散剂滴在碳电极上晾干，再用含量为10-30％重量的聚四氟乙烯乳液涂抹在碳电极的表面上，放在180度烘箱内烘烤不少于半小时，然后将整个电极卷绕成近似于阿基米德螺线形的圆筒状，用梳齿状支架固定。
全文摘要
本发明液控敞口铝空电池装置，特征是由电解液管道将敞口电池底部的电解液出入口和电解液控制系统中的电解液泵和储液罐相连结组成；所述敞口电池之电池槽离底部一定间隙安装铝电极，空气极安装在铝电极的上方，敞口电池槽的底部与铝电极和空气极相互之间均留有一定间隙。本发明可通过注入或抽出电解液来控制敞口电池的工作或停止，使得反应伴生气体的排放不影响电池工作；电池不工作时铝电极暴露在空气中，和电解液完全脱离，从而使铝电极在电解液中的自腐蚀反应终止。
文档编号H01M12/06GK1797838SQ20041006593
公开日2006年7月5日 申请日期2004年12月25日 优先权日2004年12月25日
发明者徐献芝, 徐大华 申请人:中国科学技术大学