专利名称：电动车辆用的可直接充电的锌空气电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及锌空气电池。
背景技术：
锌空气动力电池研发是汽车动力的一次根本性革命，是未来汽车工业逐渐向节能环保发展的方向。国际能源协会预测，燃料(锌空等)电池是继水力、火力、核能之后的第四代发电装置，它可以替代内燃机的动力设备。这类电池具有安全、高效、无污染、适用广、无噪声等特点，已成为当今世界能源领域的开发热点。美国DREISBACKELECTROMOTIVE公司开发的锌空气电池，已在公共汽车和总重量为9吨货车上试用；德国奔驰汽车公司的MB410型电动厢式车，标准总重量为4000kg，采用150kwh的锌空电池，试用时可越过阿尔卑斯山，连续爬坡150km，它一次充电可行驶425km的路程；以色列电燃料(ELECTRIC FUEL)有限公司开发的锌空电池，装在载重1000kg，总重量为3500kg的电动邮政车上进行实验，其实验结果是比能量达到207wh/kg，它使电动邮政车行驶了300km，最高车速可达120km/h，由静止加速到80km/h，只用了12秒，使该车具有了良好的动力性能。
但是目前只有锌空气动力燃料电池和锌空气动力再生电池，世界上还没有可直接充电的二次性锌空气电池。所谓锌空气动力燃料电池，是指采用电解液循环技术或者锌膏注入技术，以此更换与电池相连接的燃料罐，尔后，电池再继续工作。所谓机械再充电电池，是指电池电能用完后，将锌膏，即锌极(阴极)取出来，让氧化锌(ZnO)电解还原成锌，再装到电池内，组成新的锌空气电池再使用。无论是燃料电池或机械再充电电池，实质上都是一次性电池，这两种电池重复制作比较麻烦，造价较贵，还需要专业人员更换操作，用户难以接受，即使设置销售更换点，也难以进入市场。
上个世纪六十年代以来，从事电池研究的工作者不断实验，想利用反电压的方法对该电池进行充电，使锌电极的活性物重新还原成锌金属。但是这种方法会使空气电极载体上，发生某种电化学反应，破坏了其氧化还原作用。同时，锌电极上要形成海绵状和枝状沉积物，会造成邻极间短路，使电池无法使用。所以这种方法很难达到直接充电的目的。
发明内容
本发明目的是提供一种能够直接从供电网上充电；像铅酸蓄电池一样，用上充电器接到办公室、实验室、家庭…的电源插座上，充上几个小时电，又能恢复待工作状态的电动车辆用可直接充电的锌空气电池。
具体的结构设计方案如下电动车辆用可直接充电的锌空气电池，包括电池外壳3、罩盖、锌电极5、空气电极6、电解液4和电极引线9；电池外壳3为盒形，罩盖位于电池外壳顶部，电池外壳3两侧分别开有进气孔7和出气孔2；空气电极6为盒形，位于电池外壳3内，其开口端连接着罩盖，其内盛有电解液4，锌电极5位于空气电极6内的电解液4中，其特征在于在所述空气电极6与锌电极5之间设有网状附电极，附电极连接罩盖内侧，所述附电极材料为惰性材料。
所述附电极为与空气电极6相对应的网状框式，固定连接在罩盖内侧，其周边距空气电极间的距离为0.8-1.5厘米。
附电极材料为不锈钢丝。附电极材料为高强度塑料丝。附电极材料为塑钢丝。
研究锌空气电池，一般都是研究锌极(阴极)的电化学过程。电池里电荷迁移产生了氧化锌或者氢氧化锌，同时电荷迁移产物溶于电介质中，而产生的锌酸盐和氢氧离子在电介质中扩散。这样锌在电极上要重新分配，引起锌极的变形。在充电过程中，锌的沉积引起锌枝，这些锌枝会进入和穿透隔膜，造成极板间的短路，电池不能工作。要防止电化学过程中锌的重新分配，第一在空气电极旁边增加一惰性的间隔物(附电极)阻止锌酸盐在介质中扩散，不至于形成锌枝。第二就是把极板紧装在一起，使电荷迁移产物溶解的机会少，减少锌酸盐离子扩散；第三用低电流密度充电，加大充电时间，控制整个极板的平均电流；使用不对称的交流电或脉冲电流，让充电过程有一些时间电流是反向的；在这种措施下可以改进和防止形成锌的枝状沉积。
本发明在空气电极与锌电极之间设网状辅助电极，即附电极，这种电极由惰性物质做成，它在电解液中基本上不会被氧化，而且在放电过程中不参与反应；只是在充电过程中作为一个反电极，使正极(空气和其载体)成为不活泼的极板，这样一来，就不会破坏空气电极。
本发明是可直接从市电网上充电的锌空气电池。它与目前广泛使用的铅酸蓄电池、锂电池、锌锰电池等相比，它具有以下有益技术效果1、锌空电池的重要应用领域是作为大功率的动力电源，由于汽油的日渐紧张和汽车排放对城市环境造成的严重污染，各国都在大力开发电动汽车，这是锌空电池最有发展前景的领域。
2、重量轻现在助动车用36伏铅酸蓄电池重量为14公斤，而同样规格的锌空电池重量仅为7公斤左右。
3、容量大现在助动车用36伏铅酸蓄电池容量为10AH(安时)，连续行使里程30公里，而同样规格的锌空电池容量为40AH(安时)，连续行驶里程可达150公里。
4、制造成本低锌空电池由于其制造工艺简单，原材料便宜易得，制造成本低，产品有明显的价格竞争优势。
5、无环境污染锌空电池的主要原材料是金属锌，电池用完以后变为氧化锌，氧化锌通过电解又可以还原成锌，被重复使用，同时，锌空电池不使用铅、汞、镉等有毒的重金属物质，不会对环境造成污染。符合国家的产业政策。
6、用途广泛由于锌空电池具有明显的性能优势，可以制造成各种型号和规格的实用型电池，在很多场合它将会逐步取代普通的中性和碱性干电池，如R20型(1号电池)锌空电池的容量达20安时，其连续大电流放电时间为普通氯化铵型电池的20倍；作备用电源代替笨重的铅酸蓄电池。
7、节约了宝贵的自然资源目前所广泛使用的锌锰干电池，即已存在了一百三十多年的锌锰勒克朗谢电池。这种电池正极所用的主要材料是二氧化锰。二氧化锰是一种宝贵的矿物资源，主要用于冶金、医药。原干电池是用天然(二氧化)锰，其开采条件恶劣，且我国天然锰资源已趋枯竭。碱性锌锰电池是对中性锌锰电池的改进，它以电解(二氧化)锰代替天然锰。电解锰是把天然二氧化锰转化为硫酸锰，再电解为四价的二氧化锰，生产需要大量的电力和水，一吨电解锰至少要耗电3000KWh。而锌空电池的正极则用干净的空气代替二氧化锰，不仅彻底改变了原干电池恶劣的生产环境，还大大地节约了能源和宝贵的自然资源-锰。
图1为本发明结构示意图，图2为图1的俯视图，
图3为附电极示意图。
具体实施例方式
下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步地说明。
实施例1电动车辆用可直接充电的锌空气电池包括电池外壳3、罩盖、锌电极5、空气电极6、电解液4和电极引线9，见图1、图2。
电池外壳3为方盒形，罩盖位于电池外壳顶部，电池外壳3两侧分别开有两个进气孔7和两个出气孔2，其作用是将空气引入电池中和将反应后的废气体排出电池外，这样一来便形成了空气通道。空气电极6也为方盒形，位于电池外壳3内，其开口端连接着罩盖，其内盛有电解液4，锌电极5位于空气电极6内的电解液4中。
锌电极5是由锌粉、增稠剂、隔离膜等组成，并和电解液一起调成糊状，制成锌膏，涂复在载体上，成为电池里电化学反应中的阴极。
空气电极6是由镍片、碳粉、导电液等组成，涂复在载体上，制成空气电极，成为电化学反应中的阳极。
空气电极6与锌电极5的间隙8中有栅栏网状附电极1，附电极1兜罩着锌电极5，附电极1的开口端连接罩盖内侧，其周边距空气电极间的距离为0.8-1.5厘米。附电极1和、锌电极5以及电解液4形成电化学反应的空间，氧化还原反应在此完成。附电极材料为不锈钢丝。其作用是屏蔽和保护空气电极，不直接参与电化学反应。见图3。
当引线9与外电路接通同时从进气孔7通入空气，电池就开始放电工作，其间所发生的化学反应式Zn+O2→ZnO当锌空电池完成放电后，断开放电开关，再接上引线和附电极引线，即充电电源接通，使电池中被氧化的氧化锌重新还原成锌，充电操作完成后断开充电电源，让电池处于待工作状态。
实施例2网状附电极1也可为栅格网状，或其它网状。其材料也可为高强度塑料丝，或为塑钢丝材料。
其它结构同实施例1。
权利要求
1.电动车辆用可直接充电的锌空气电池，包括电池外壳3、罩盖、锌电极5、空气电极6、电解液4和电极引线9；电池外壳3为盒形，罩盖位于电池外壳顶部，电池外壳3两侧分别开有进气孔7和出气孔2；空气电极6为盒形，位于电池外壳3内，其开口端连接着罩盖，其内盛有电解液4，锌电极5位于空气电极6内的电解液4中，其特征在于在所述空气电极6与锌电极5之间设有网状附电极，附电极连接罩盖内侧，所述附电极材料为惰性材料。
2.根据权利要求1所述的电动车辆用可直接充电的锌空气电池，其特征在于所述附电极为与空气电极6相对应的网状框式，固定连接在罩盖内侧，其周边距空气电极间的距离为0.8-1.5厘米。
3.根据权利要求1或2所述的电动车辆用可直接充电的锌空气电池，其特征在于所述附电极材料为不锈钢丝。
4.根据权利要求1或2所述的电动车辆用可直接充电的锌空气电池，其特征在于所述附电极材料为塑钢丝。
5.根据权利要求1或2所述的电动车辆用可直接充电的锌空气电池，其特征在于所述附电极材料为塑料丝。
全文摘要
本发明涉及锌空气电池。所要解决的问题是提供一种能够直接从供电网上充电；恢复待工作状态的电动车辆用可直接充电的锌空气电池。特点是在空气电极与锌电极之间设有一网状附电极，其材料为惰性材料。本发明电池用完以后变为氧化锌，氧化锌通过电解还原成锌，被重复使用，同时，锌空气电池不使用铅、汞、镉等有毒的重金属物质，利于环境保护。其重量轻、容量大、制造成本低、用途广泛。
文档编号H01M4/00GK101030664SQ200610038560
公开日2007年9月5日 申请日期2006年2月27日 优先权日2006年2月27日
发明者程国义, 魏开惠, 熊泽时, 唐建平 申请人:合肥中大化学电子科技有限公司