专利名称：回氧锂空气电池技术的制作方法
技术领域：
一种新型的机械化学电池，属于新能源技术。
二、技术背景研究人员已经看到锂空电池的极大优点，但也明白了它具有几个难以克服的障碍，以致近十年的努力还未能投入实际使用。电子工业出版社出版的《燃料电池技术》37页氧还原反应一节中叙述对于如此复杂的电极反应(包括锂空气电池中的空气电极的反应)，不可能是一个中间状态，而是可以写出各种各样的反应机理，目前还没有得到一个被公认的 详细的反应过程。由于锂空气电池中的锂必须要与氧接触还原，又因锂氧化还原的产物是固体，而现在所有的电极催化产物都是气体、液体，没有固体，而固体就必定会堵塞催化孔道。即便可以把堵塞物溶解气化，但要回收，不能丢掉，要将这些溶液、气体保存，对汽车电池来讲其容积安排是不可能的，处理成本也是不容许的。那么只能在几十微米厚的催化层中将固体产物挖出来，这也是化学家难以解决的事。正如2011年第6期《电源技术》锂空气电池最新研究进展一文中叙述“锂空气电池将是能源史上一次重大革命，但专家表示锂空气电池的技术需10年，甚至20年时间才能真正投入使用，可能成为未来汽车电池的发展方向”。为了解决锂空气电池氧化还原产物造成的“堵塞”以及氧化还源产物的排放问题，我提出了回氧锂空电池的技术
发明内容
本发明的目的是，不在催化层内进行锂正离子的氧化还原反应，以杜绝堵塞产生，并可方便地排除氧化还原产物，实现回氧锂空气电池的发明。本发明是如此实现的回氧锂空气电池是一次电池，没有考虑充电的方案。本发明消耗的是锂，用完后可再加入继续放电，等于是锂燃料电池。请看图1，它与原来的锂空气电池一样，具有负电极，具有正电极催化层(4)。本发明将锂磨成粉(1)，喷在输送带(3)上，随着带的前进，锂粉进入氧负离子室(5)。输送带(3)是导电体。锂粉进入氧负离子时，因为锂电子的活跃，因为外线有吸引电子的动力，使得锂粉中的电子奔向负电刷(6)，经外线出去做功，再回到正电极催化层(4)上。当空气压进正极催化层，空气中的氧气就把催化层上的电子，也就是负电极过来的电子吸收下来，变为氧负离子。因为空气压力，迫使氧负离子走出催化层，进入氧负离子室。移动到氧负离子室内的锂粉，放出了电子后，必定成为锂正离子粉，立即与氧负离子结合变成Li2O0这一反应圆满地完成了电流的产生。这一过程与原来不同的是让氧负离子走出正电极催化层，在催化层外与锂正离子结合生成Li20。原来的锂空气电池是锂正离子走进正电极催化层，去与氧负离子结合，现在氧离子反向运动了，所以称为回氧锂空气电池。锂L1-MnO2电池表明锂正离子有能力与其他负电荷理想结合，不需要催化剂。本发明中锂正离子也不需要催化剂，也能与氧负离子结合好的。Li2O是锂空气电池工作后的废物。原来的Li2O沉积在电解液中，但是有一部份会沉积在催化层的气孔中，最后将气孔堵塞，使电池无法工作。本发明的Li2O直接以粉粒形式，随输送带的移动排出电池，请看图1。总结认为本发明采用锂正离子与氧负离子结合的化学反应，来完成电流的产生和持续。其特征在于1、氧负离子走出正电极催化层，在催化层外与锂正离子发生结合反应，反应生成的Li2O通过机械力排出电池。2、当氧负离子走出催化层后不需要电解质传送，直接与锂正离子接触。
本发明的优点是1、因为氧负离子在催化层外与锂离子结合反应，彻底解决了反应产物沉积在催化层，堵塞催化层孔道的难题。2、将电池废物排出电池，保证电池良好的运行状态不变化，增加电池寿命。3、不用电解质，消除了电解质对锂的影响，增加了电池寿命。同时降低了成本。4、把锂做成很细的粉粒，比重较大，有利于质量比能量的提高。5、可以直接使用空气输入电池。不管氧离子中混有水、氮气或其他杂质，都没有影响。因为粉粒只有很少的一层，有什么腐蚀，只是在这一层中，而且它是马上排出电池的，与电池工作不发生妨碍和危险。即使有什么不良的化学反应，也在锂离子和氧离子的结合之后，因为它们有明显的电动吸引力，会优先结合的。
四
附图1是粉粒回氧锂空气电池示意图附图2是锂带回氧锂空气电池示意图附图3是双解质回氧锂空气电池示意图附图4是解质轮回氧锂空气电池示意中1、锂粉，2、传动轮，3、输送带，4、正极催化层，5、氧负离子室，6、负电刷，7、Li2O粉，8、抛洗轮，9、锂带，10、锂金属，11、锂离子电解液，12、耐磨筋，13、集流体，14、氧离子固体电解质，15、反应沉积物，16、空气五、具体实施方法本发明可以有各种实施方式，下面介绍其的4个实施方案。方案1:是粉粒回氧锂空气电池，见图1。工作原理在发明内容一节中已经介绍过了，它的实施关键是1、锂粉的直径是氧离子的2倍2、氧离子室内氧离子的浓度尽量高。3、催化层与锂粉的间距尽量小。方案2 :是锂带回氧锂空电池，见图2.它的工作原理是将锂金属压成带状(9)，与锂粉一样进入氧负离子室(4)，让锂带表层的锂正离子与氧负离子结合生成Li2O15Li2O必定是附在锂带表面的，当锂带向右移出氧负离子室后，右边的抛洗轮(8)会把锂带表面的Li2O抛洗掉。当锂带向右走完后，锂带会向左返回，抛洗干净的表面又进入氧负离子室，重复进行上述正负离子的结合反应。左边与右边一样，也有抛洗轮，作用也相同。锂带左右来回移动，直到带的厚度无法工作为止。方案2具体实施关键是锂带厚的，做成约7mm厚的平板。锂带簿的，做成约Imm厚，卷成筒形。抛洗液用有助于溶化Li2O的液体。并用耐腐蚀化纤做抛洗轮。不用抛洗液也可以，功率消耗多一点。为了使锂带放出电子时，产生的锂正离子集中一点，要把锂带切成几段，每段相互绝缘。本方案的优点是，锂带密度比锂粉高，质量比能量更高，运行操作方便。 方案3是双解质回氧锂空气电池，见图3.它的工作原理是当空气压到正电极催化层上时，空气中的氧吸收催化网(4)上电子，即负电极过来的电子，变为氧负离子。氧负离子立即经过氧离子电解质(14)，到锂离子电解液(11)，与电解液中的锂正离子发生化学反应，生成Li20。电解液(11)中的锂正离子来自锂金属(10)。本发明中的氧负离子也是回行的，而且是多回了一步，它不但走出了催化层(4)，还走过了氧离子电解质(14)，其特征是将传导锂正离子电解液与传导氧负离子的固体电解质接触，使正负离子发生结合反应。本方案的废物Li2O是留在锂离子电解液中的，我们采用锂离子电解液(11)的流动，来排除Li2O，如图2中(11) (15)所示。方案3具体实施关键是选择好锂正离子电解液与氧负离子电解质，使它们能稳定共处，它直接关系到电池工作寿命。方案4，是解质轮回氧锂空气电池，见图4。它的工作原理是，把催化层(4)，做成圆环形，圆环外表面喷上传导氧负离子的电解质层(14)，象一段圆管，管中输入空气(16)。空气向四周扩散，空气中的氧原子会吸收外线上过来的电子，变成氧负离子。氧负离子立即进入最外圈的电解质层，因外圈电解层(14)在旋转，当它转到锂轮(9)接触处，两种离子结合，生成Li20。生成的Li2O也用抛洗轮(8)排除。以保证锂正离子与氧负离子一直有良好的接触。其特征为氧负离子走出催化层后，先经过氧负离子电解质，再与锂正离子直接接触。方案4实施的关键是，氧负离子电解质轮(14)表面要尽量提高硬度，增加耐磨能力，提闻电池寿命。本方案的优点是，没有双解质电池中，两种电解质不相容的困难。是一个优秀的方案。
权利要求
1.回氧锂空气电池技术，采用锂正离子与氧负离子结合的化学反应，来完成电流产生和持续，其物征为氧负离子走出催化层，在催化层外与锂正离子发生结合反应，反应生成的Li20通过机械力排出电池。
2.根据权利要求1所述的回氧锂空气电池技术，其特征为当氧负离子走出催化层后，不需要电解质传送，直接与锂正离子接触。
3.根据权利要求1所述的回氧锂空气电池技术，其特征为将传导锂正离子的电解液与传导氧负离子的固体电解质接触，使正负离子发生结合反应。
4.根据权利要求1所述的回氧锂空气电池技术，其特征为氧负离子走出催化层后，先经过氧负离子电解质，再与锂正离子直接接触。
5.根据权利要求1所述的回氧锂空气电池技术，其特征为负电刷要设置在针对氧负尚子室的范围内。
6.根据权利要求1所述的回氧锂空气电池技术，其特征为锂带工作时可左右移动。
7.根据权利要求1所述的回氧锂空气电池技术，其特征为锂带要切成几段，每段相互绝缘。
8.根据权利要求1所述的回氧锂空气电池技术，其特征为将锂粉喷在输送带上，输送带是导电体。
全文摘要
一种回氧锂空气电池技术，保留了锂离子与氧离子结合的电池化学反应，但把这一反应的位置移到了催化层外，并且可以不用电解质，可以方便地排除反应物。使锂空气电池稳定地工作。
文档编号H01M6/38GK103022527SQ201210450619
公开日2013年4月3日 申请日期2012年11月4日 优先权日2012年11月4日
发明者胡小华 申请人:胡小华