液态金属柔性电池及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电化学储能电池领域，具体涉及一种液态金属柔性电池及其制作方法。
【背景技术】
[0002]随着经济的发展，化石能源不断消耗，能源短缺的问题日益突出，发展可再生能源已经成为一个重要的解决途径，但是由于这些能源的不连续性，需要有专门的储能装置进行能量的存储和转换。目前的储能技术有电磁储能、相变储能、电化学储能等多种方式，其中电化学储能技术包括镍氢电池、锂离子电池、液流电池、铅酸电池、钠硫电池技术等。
[0003]Bradwell 等提出了液态金属电池的概念(D.J.Bradwell, H.Kim, A.H.C.Sirk, D.R.Sadoway.Magnesium-Antimony Liquid Metal Battery for Stat1nary EnergyStorage.Journal of the American Chemical Society, 2012，134 (4): 1895-1897.)，米用锑和镁分别为正、负极，电解质为MgC12-KCl-NaCl。其原理为氧化还原反应，在电池放电时负极的镁原子被氧化为镁离子和电子(Mg — Mg2++2e-)，电子通过外电路流向正极，同时镁尚子溶入液态的电解质，在正极被还原为镁原子(Mg2++2e—>- Mg)，沉积在正极表面，充电过程与之相反。然而由于锑和镁的熔点较高，所以该液态金属的工作温度在700摄氏度以上，这样高的温度使其不适合应用于常温的情况。在此基础上，又有一些不同合金电极体系被相继提出，但它们仍均主要限于熔点在数百度左右的高温金属及熔融盐，且电解质溶液均为熔融盐类物质，鲜有用到水溶液类电解质，从而无法采用诸如微流体制备等技术实现相应的电池。也因如此，制作成的电池必须采用能够承载高温液态金属的容器。显然，此类电池最终使用装置是以刚体电池的形式存在的，因而不适用于在诸如可穿戴技术、移动应用等需要采用金属流体和水溶性电解液的柔性电池的场合。但是，迄今，业界尚无此种柔性电池。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于，提供一种采用金属流体和水溶性电解液的柔性电池及其制作方法，以适用于诸如可穿戴技术、移动应用等场合。
[0005]为此目的，一方面，本发明提出一种液态金属柔性电池，所述电池包括至少一个由柔性材料制成的电池单元，
[0006]所述电池单元由依次排列的第一液态金属腔室、电解液腔室和第二液态金属腔室组成，所述第一液态金属腔室和电解液腔室、以及所述电解液腔室和第二液态金属腔室之间通过具有筛孔结构的绝缘材料隔开，所述第一液态金属腔室内填充有第一液态金属，所述电解液腔室内填充有水溶性电解液，所述第二液态金属腔室内填充有第二液态金属，所述电解液通过所述筛孔与所述第一液态金属和第二液态金属接触，且所述筛孔两侧中任一侧的液体均不能通过所述筛孔渗入另一侧，所述第一液态金属腔室上设有第一电极导孔，所述第二液态金属腔室上设有第二电极导孔，所述第一电极导孔中无缝隙的固定有第一电极，所述第二电极导孔中无缝隙的固定有第二电极，所述第一电极的一端与所述第一液态金属接触，另一端用于外连接，所述第二电极的一端与所述第二液态金属接触，另一端用于外连接。
[0007]另一方面，本发明提出一种液态金属柔性电池的制作方法，包括如下步骤:
[0008]设计液态金属柔性电池的电池单元的结构，并采用3D打印或微流体制备的方法制作至少一个电池单元；
[0009]在温度高于预设的熔点的环境下，用注射器将第一液态金属、水溶性电解液和第二液态金属通过所述电池单元的注射孔分别注入到所述电池单元的第一液态金属腔室、电解液腔室和第二液态金属腔室中，并使所述电解液通过所述电池单元的筛孔充分接触第一液态金属和第二液态金属，其中，所述预设的熔点不小于所述第一液态金属的熔点和第二液态金属的熔点中的较大值；
[0010]在注射完毕后，将所述注射孔和所述电池单元的排气孔用密封塞进行密封，在所述电池单元的第一电极导孔和第二电极导孔中分别放入第一电极和第二电极，使所述第一电极的一端与所述第一液态金属接触，所述第二电极的一端与所述第二液态金属接触，并将所述第一电极和第二电极固定于所述电池单元的支撑结构上；
[0011]将单个电池单元作为目的液态金属柔性电池，或者将至少两个电池单元通过串联或者并联的方式进行连接，并将连接后的结构作为目的液态金属柔性电池。
[0012]本发明实施例所述的液态金属柔性电池及其制作方法，所涉及的液态金属柔性电池可以引入低熔点金属作为金属电极材料，且可根据需要采用水溶性电解液作为介质，本发明采用具有筛孔结构的绝缘材料将电解液和液态金属电极隔开，由于液态金属的表面张力通常较大，比水大一个数量级，因此当筛孔较小时，液态金属不会漏出，从而有效防止了两个金属电极间发生短路，同时，封装材料也采用柔性材料制成，由此确保整个电池处于良好的柔性和灵活性，因而，相较于采用高熔点液态金属的刚体电池，本发明所述的液态金属柔性电池运行温度低，适于工业化生产和应用，且具有可穿戴性和可变形性，应用范围更广。
【附图说明】
[0013]图1为本发明液态金属柔性电池一实施例的结构示意图；
[0014]图2为图1中电池的侧视图；
[0015]图3为图1中电池的正视图；
[0016]图4为本发明液态金属柔性电池另一实施例的结构示意图；
[0017]图5为本发明液态金属柔性电池又一实施例的结构示意图；
[0018]图6为本发明液态金属柔性电池的制作方法一实施例的流程示意图。
【具体实施方式】
[0019]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0020]图1为本发明液态金属柔性电池一实施例的结构示意图，图2和图3分别为图1的侧视图和正视，图1至图3中标号的含义如下:1、柔性电池单元的支撑结构；2、注射孔；3、排气孔；4、第一电极导孔；5、第二电极导孔；6、第一液态金属腔室；7、电解液腔室；8、第二液态金属腔室；9、筛孔；如图1所不，本实施例公开一种液态金属柔性电池，所述电池包括至少一个由柔性材料制成的电池单元，
[0021]所述电池单元由依次排列的第一液态金属腔室6、电解液腔室7和第二液态金属腔室8组成，所述第一液态金属腔室6和电解液腔室7、以及所述电解液腔室7和第二液态金属腔室8之间通过具有筛孔9结构的绝缘材料隔开，所述第一液态金属腔室6内填充有第一液态金属，所述电解液腔室7内填充有水溶性电解液，所述第二液态金属腔室8内填充有第二液态金属，所述电解液通过所述筛孔9与所述第一液态金属和第二液态金属接触，且所述筛孔9两侧中任一侧的液体均不能通过所述筛孔9渗入另一侧，所述第一液态金属腔室6上设有第一电极导孔4，所述第二液态金属腔室8上设有第二电极导孔5，所述第一电极导孔4中无缝隙的固定有第一电极，所述第二电极导孔5中无缝隙的固定有第二电极，所述第一电极的一端与所述第一液态金属接触，另一端用于外连接，所述第二电极的一端与所述第二液态金属接触，另一端用于外连接。
[0022]本发明实施例中，第一液态金属和第二液态金属为熔点低于150°C的镓基、铟基、铋基或汞基金属材料；所述电解液为pH值是0-14的酸性、中性或碱性电解液，包括NaOH、NaCl、CuS04、H2S04、离子液体等；所述第一电极和第二电极可以是丝状柔性铂、银、铜、石墨等电的良导体；所述电池单元的体