专利名称：陶瓷电池结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种陶瓷电池结构，特别是指一种可多组串接的陶瓷电池结构。
背景技术：
目前市面上实用或开发中的蓄电池大体上分为铅酸蓄电池、镍镉碱蓄电池、镍氢碱蓄电池、镍铁碱蓄电池、锂二次电池等，其中又以铅酸蓄电池使用上最广泛，镍镉碱蓄电池次之。铅酸蓄电池(Lead-Acid Battery)电极板由铅所制成，电解液为硫酸和水依不同比率调配，为开发最早使用最多的蓄电池。与其它蓄电池比较，虽然能量密度较差，寿命较短，但是在价格上最为低廉。目前利用材料的改善配合现有技术以提高性能作为研究方向，以期未来仍能实用。镍镉碱蓄电池(Nickel-Cadmium Battery, Ni-Cd Battery)正极板为镍氧化合物，负极板为镉化合物的活性材料，电解质使用碱性水溶液，为继铅酸蓄电池之后已实用化的蓄电池。其具有能量密度较高、寿命较长、放电性能强、保养容易等优点，而被加以应用，中国台湾的电厂也将原有的铅酸蓄电池更换为镍镉碱蓄电池。镍氢碱蓄电池 (Nickel-Metal Hydride Battery, Ni-MH Battery)正极板为镍氧化物，负极板为金属氢化物，电解质使用碱性水溶液。其比镍镉碱蓄电池有较高的能量密度，且不使用会造成环境污染的镉，所以颇受重视，尤其是在生活用小型电池方面，其使用量快速增加。镍铁碱蓄电池(Nickel-Iron Battery)又称为爱迪生电池，正极板为镍氧化合物，负极板为铁化合物， 电解质使用碱性水溶液，其虽然比铅酸蓄电池有较好的低温性，但是由于内电阻值较高，密闭化较困难，补水作业麻烦等缺点，所以仅适用于较寒冷的地区。锂二次电池大部分的商业电池需有水溶液当电解质，但由于锂与水会产生剧烈反应，所以不使用水溶液电解质。锂电池具有能量密度高、体积小、重量轻、贮藏性与耐漏性佳、寿命长及较大的温度使用空间等优点，目前多使用于微型计算机、小型医疗器、通信机、IC卡、计测器等小型设备。如何提高蓄电池使用寿命且又不存在污染问题，为本领域亟待解决的难题。
实用新型内容有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种陶瓷电池结构。为了达成上述目的，本实用新型提供一种陶瓷电池结构，所述陶瓷电池结构包括有金属外壳，其分隔成上容室与下容室，下容室盛装有硫璜，上容室置有钠槽，上容室与下容室间具有相通开口，并在开口处设有Na- β -Al2O3管体；钠槽，其盛装有金属钠，顶端密封于盖体，在金属外壳开口处相对设有开口 ；Na-β-Al2O3管体，其开口端高于钠槽底部，底端封闭插置于下容室中；正极板，其由引出，作为正电极；负极板，其由Na-β-Al2O3管体引出，作为负电极；如此即构成陶瓷电池结构，使用时可根据实际需要多组串联使用。本实用新型的上述β -Al2O3是一种Al2O3含量很高的多铝酸盐矿物，是一种不纯的氧化铝。它的化学组成可以近似地用RO ·6Α1203和· IlAl2O3来表示(R0指碱土金属氧化物，指碱金属氧化物)。其结构由碱金属或碱土金属离子如[NaO]-层和[Al11O12] +类型尖晶石单元交叠堆积而成，氧离子排列成立方密堆积，Na+完全包含在垂直于C轴的松散堆积平面内，在这个平面内可以很快地扩散，呈现离子型导电。对于β_Α1203陶瓷，β-Α1203是一种多铝酸盐，由铝氧复合离子和碱、碱土或某些一价、二价阳离子所组成的一系列化合物。 本实用新型所运用的是含钠 β -Α1203、β -Al2O3 (Na2O · IlAl2O3)、β “ -Al2O3 [Na2O · (0. 5 7)Al2O3]。Na-β-Al2O3的晶体结构实际上是由铝氧基块和钠氧层交叠组成。氧离子以ABCA 的层次按最紧密堆积的方式堆积成致密层，Al3+在由氧离子组成的四面体的空隙。密置层之间是[Na]_层，[Na]_层之间通过Al-O-Al联接起来。其间致密层的原子配置与尖晶石结构相似，所以又叫做“类晶石基块”。一个Na-i3-Al203晶胞包括两个这样的“类晶石基块”。在基块与基块之间排列着较为松散的钠氧层。而且钠氧层的上下方各有一个铝原子， 在基块之间起连接作用，并形成铝氧桥O3-ai-O-AI-O3。由于上述的结构特点，在密堆积的基块中，离子运动是比较困难的，而在松散的钠氧层中，钠离子的半径与氧离子的相比要小得多，所以钠离子在松散层中可以进行移动、扩散、离子交换。事实上，钠离子不能在结晶C 轴方向移动，即不能通过立方密堆积的氧离子层间C轴方向移动。而钠离子只能在二个类晶石基块中间的[Na0]_扩散层移动，也就是说，Na-β-Al2O3导电性是由钠离子在垂直于C 轴的[Na0]_层平面内移动产生的。在适当条件下，它具有很高的离子电导。例如在300°C 时，钠离子扩散系数可达lX10-5Cm2/S，电导率达3X10_3S/m。本实用新型的陶瓷电池结构，当其加热至工作温度时(如100 500°C )，钠和硫都溶解成流动性的液体。从钠和硫中所分别引出的金属负极板和金属正极板(如使用铜金属)，在液态钠和金属铜电极之间发生电子交换，每个钠原子放出一个电子给负电极的金属负极板上，而钠原子变成钠离子，由于它能通过Na-β-Al2O3管体而进入硫溶液。在硫磺与正极板接触处，硫得到2个电子而成硫离子，于是与钠离子反应生成硫化钠。当回路接通后，金属钠不断地变成钠离子，通过Na- β -Al2O2管体而进入下容室硫溶液。因此 Na-^-Al2O2管体内储存的钠不断减少，硫化钠不断增加，直到全部用完为止。如果继续使用本实用新型的陶瓷电池结构，也需要进行充电。这时的过程正好与上面相反，钠离子通过 Na- β -Al2O3管体管壁回到管内，并以金属电极板上得到电子形成金属钠，直到硫化钠中的钠回到Na-β-Al2O2管体内为止，充电也就结束。如同铅酸电池一样不断使用，本实用新型的陶瓷电池结构这样循环约可达1000次。其寿命是铅酸电池寿命的5倍，而且不存在污染问题。本实用新型由于使用的钠、硫均为轻元素，具有高值的反应能及材料低廉等优点， 与铅酸电池相较，具有较长的寿命且不存在污染的问题。
图1为本实用新型实施例立体剖示图；图2为本实用新型实施例多组串联使用立体剖示图。主要组件符号说明金属外壳-1;上容室-10 ；下容室-11 ；开口 -12 ；[0018]钠槽-2；盖体-20 ；开口 -21 ；Na-β-Al2O3 管体-3 ；正极板-4 ；负极板_5。
具体实施方式
为达成本上述的各项目的以及功效，下面将结合实施例和附图说明如后，使得本领域的普通技术人员根据以下所述能够实施本实用新型。首先，请参阅图1的本实用新型立体剖示图，由图可知本实用新型提供的陶瓷电池结构包括有金属外壳1，其分隔成上容室10与下容室11，下容室11用来盛装硫璜，上容室10 则置有钠槽2，上容室10与下容室11间具有相通开口 12，并在开口处设有Na-β-Al2O3管体3 ；钠槽2，其用来盛装金属钠，顶端以盖体20密封，在金属外壳开口 12处相对设有开 Π 21 ；Na-β-Al2O3管体3，其开口端略高于钠槽2底部，底端封闭插置于下容室11中；正极板4，其由下容室11引出，作为正电极；负极板5，其由Na- β -Al2O3管体3引出，作为负电极；如此即构成陶瓷电池结构，可根据实际需要多组串联使用，图2所示为多组串联使用立体剖示图。本实用新型提供的陶瓷电池结构，当加热至工作温度时(如100 500°C )，钠槽2 内的钠和下容室11内的硫都溶解成流动性的液体。从钠和硫中所分别引出的金属负极板 5和金属正极板4，在液态钠和金属负极板5之间发生电子交换，每个钠原子放出一个电子给负电极的金属负极板5上，而钠原子变成钠离子，由于它能通过Na-β -Al2O3管体3而进入硫溶液。在硫磺与金属正极板4接触处，硫得到2个电子而成硫离子，于是与钠离子反应生成硫化钠。当回路接通后，金属钠不断地变成钠离子，通过Na-^-Al2O2管体3而进入下容室11硫溶液。因此Na-β -Al2O2管体3内储存的钠不断减少，硫化钠不断增加，直到全部用完为止。如果继续使用本实用新型的陶瓷电池结构，也需要进行充电。这时的过程正好与上面相反，钠离子通过Na-β -Al2O3管体3回到管内，并以金属负极板5上得到电子形成金属钠，直到硫化钠中的钠回到Na-^-Al2O2管体3内为止，充电也就结束。如同铅酸电池一样不断使用，本实用新型的陶瓷电池结构这样循环约达1000次。其寿命是铅酸电池寿命的5倍，而且不存在污染问题。本实用新型由于使用的钠、硫均为轻元素，具有高值的反应能及材料低廉等优点， 与铅酸电池相较，具有较长的寿命且不存在污染问题。以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，并非用以限制本实用新型的范围，故举凡本领域的普通技术人员运用本实用新型说明书及权利要求书所作的等效结构变化，皆应同理应包括于本实用新型的专利保护范围内。
权利要求1. 一种陶瓷电池结构，其特征在于，所述陶瓷电池结构包括有 金属外壳，其分隔成上容室与下容室，下容室盛装有硫璜，上容室置有钠槽，上容室与下容室间具有相通开口，并在开口处设有Na- β -Al2O3管体；钠槽，其盛装有金属钠，顶端密封于盖体，在金属外壳开口处相对设有开口 ； Na-β-Al2O3管体，其开口端高于钠槽底部，底端封闭插置于下容室中； 正极板，其由下容室引出，作为正电极； 负极板，其由Na- β -Al2O3管体弓丨出，作为负电极； 如此即构成所述陶瓷电池结构。
专利摘要本实用新型涉及一种陶瓷电池结构，所述陶瓷电池结构包括有金属外壳、钠槽、Na-β-Al2O3管体、正极板及负极板，所述金属外壳分隔成上容室与下容室，下容室盛有硫璜，上容室置有钠槽，钠槽内盛有金属钠，顶端密封于盖体，金属外壳的上容室与下容室间具有相通开口，钠槽在金属外壳开口处相对设有开口，并在开口处设有Na-β-Al2O3管体，所述Na-β-Al2O3管体开口端高于钠槽底部，底端封闭插置于下容室中，所述下容室还设有金属正极板，Na-β-Al2O3管体中设有金属负极板，如此即构成陶瓷电池单元，本实用新型的陶瓷电池结构，使用时可根据实际需要多组串联使用，与铅酸电池相较，具有较长的寿命，且不存在污染问题。
文档编号H01M10/38GK201966299SQ201120001410
公开日2011年9月7日 申请日期2011年1月5日 优先权日2011年1月5日
发明者庄育丰 申请人:庄育丰