电解质组合物、及包含其的能量储存装置的制作方法

本发明是关于一种电解质组合物、及包含该电解质组合物的能量储存装置。

背景技术：

由于金属空气电池具有十分广泛的用途，例如可作为手表、音响设备等的小型电池，也可以应用于电动车等较大型电池，使其成为电池技术的的重要研究课题。

在金属空气电池放电过程中，来自大气中的氧气在空气电极中转化为氢氧根离子。在空气电极中的反应包括氧气还原、电子消耗和氢氧根离子的产生。氢氧根离子通过电解液向金属负电极迁移，负电极的金属在金属负电极发生氧化，形成氧化物并释放电子。在二次(即可再充电的)金属空气电池中，充电过程是指在空气电极中氢氧根离子转化为氧气，释放电子。而在金属电极中，金属氧化物或离子还原形成金属，同时消耗电子。

金属空气电池提供了巨大的能量储存效益。例如，金属空气电池的储能密度是锂离子电池的数倍，而且可使用具有丰富储量的金属(例如：锌)作为储能介质。此外，金属空气电池相对安全(非可燃性的)并且环境友好(无毒且可以使用可再生材料)。然而，目前二次性金属空气电池目前仍遭遇许多技术问题(例如：电池容量不高以及所使用的电解质不利于重复充放电)，使其实用性相对局限。

技术实现要素：

本发明的目的之一在于提供一种电解质组合物，其在用于金属空气电池时可以改善现有技术中所遭遇的种种问题，例如：电池容量不高以及所使用的电解质不利于重复充放电等，从而可以改善现有金属空气电池的实用性。

本发明是揭露一种电解质组合物，包含：一固体，其中该固体包含一基材、以及一金属层包覆该基材，其中该金属层是择由Zn、Al、Mg、Li、Na、以及这些金属的氧化物所组成的族群；以及，一溶液，其中所述固体具有第一密度、以及所述溶液具有第二密度，且该第一密度与该第二密度的比值是介于0.97至1.03之间。

根据本发明另一实施例，本发明是提供一种能量储存装置，包括：一阳极、一阴极、一隔离膜，设置于该阳极及该阴极之间、以及上述的电解质组合物。

与现有技术相比，本发明的电解质组合物，由于可调控电解质组合物中固体的密度使其悬浮于溶液中，可大幅提升表面活性物质使用率，可避免以传统锌粉因密度过大造成沉淀所导致的可利用的活性物质面积减少，因此可提升空气电池的充放电效率。此外，具有本发明所述电解质组合物的空气电池，具有重复充分电的能力，可作为二次(即可再充电的)金属空气电池。

为让本发明的上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下：

附图说明

图1及图2为根据本发明实施例所述的电解质组合物其所使用的固体的剖面结构示意图；

图3为本发明一实施例所述的能量储存装置的示意图；

图4为制备例3所述的具有镍金属层的苯乙烯球体其扫描式电子显微镜(scanning electron microscope，SEM)图谱；

图5为以X光能量分散光谱仪(EDS)量测实施例13所述具有锌金属层的碳纤维所得的图谱；

图6为实施例14所述的空气电池的充放电循环图；

其中，符号说明：

10 固体 12 基材

14 金属层 16 导电层

100 空气电极 102 阳极

104 阴极 106 隔离膜

108 电解质组合物。

具体实施方式

根据本发明实施例，本发明提供一种电解质组合物，包含一固体(例如壳层状结构材料)及一溶液。由于该固体的密度与该溶液相近，因此可悬浮于溶液中，并可于电解质中流动，且反应完的固体会悬浮于电解质上层与未反应完全的固体分离，以利于后续进行充电。此外，本发明所述的电解质组合物所使用的固体可为具有壳层状结构(单层或多层结构)的材料，并可藉由无电电镀法、电镀法、或两种方法的结合所制备，因此具有快速、低成本、与大量生产等特性。另一方面，本发明所述的电解质组合物，由于具有流动性，可作为浆料式电解质组合物，提升包含其的电池的效能及实用性。

根据本发明实施例，本发明提供一种电解质组合物，包含：一固体，其中该固体包含一基材、以及一金属层包覆该基材，其中该金属层是择由Zn、Al、Mg、Li、Na、以及这些金属的氧化物所组成的族群；以及，一溶液。为使该固体可悬浮于该溶液中，藉由调控金属层的厚度，达到使固体于电解质中具可流动性。其中，该固体具有第一密度、以及该溶液具有第二密度，且该第一密度与该第二密度的比值是介于0.97至1.03之间，例如0.98至1.02之间。例如，所述固体的密度是介于1.5至6之间，所述溶液的密度是介于1.455至6.18之间。

根据本发明实施例，该基材可为导电材料、或非导电材料。

该导电材料可为导电高分子、碳材、或其组合。其中，该导电高分子可为聚苯胺(polyaniline，PANI)、聚苯硫醚(polyphenylene sulfide，PPS)、聚吡咯(polypyrrole，PPY)、聚对苯(poly(p-phenylene)，PPP)、聚噻吩(polythiophene，PT)、聚苯基乙烯(poly(p-phenylene vinylene)，PPV)、聚芴(polyfluorene，PF)、聚乙炔(polyacetylene，PA)、或上述的组合；以及，该碳材可为纳米碳管、碳球、碳纤维、或上述的组合。

此外，该非导电材料可为高分子材料、无机材料、或其组合。举例来说，该无机材料可为氧化钛、氧化锆、氧化硅、沸石、或其组合；以及，该高分子材料为聚碳酸酯(polycarbonate，PC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate)、聚乙烯(polyethylene，PE)、聚氯乙烯(polyvinylchloride，PVC)、聚丙烯(polypropylene、PP)、聚丙烯腈(polyacrylonitrile)、酚甲醛树脂、三聚氰 铵甲醛树脂、聚苯乙烯(polystyrene，PS)或聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate、PMMA)、或其组合。

根据本发明实施例，该固体可为球状、长条状、多面体、或其组合。举例来说，该固体为球状物(即球形、或接近球形)，请参照图1，该固体10具有一基材12作为核心，以及一金属层14包覆该基材12。该球状固体可具有一球度介于0.4至1之间，而作为核心的基材亦可具有一球度介于0.4至1之间，且可具有一粒径介于50nm至10μm之间。

本发明所述的「球度」，是指从至少一方向观察该粒子短径(DS)与和其正交的的最大直径(DL)之比(DS/DL)。而粒子球度的判断，可藉由拍摄粒子的电子显微镜照片，对任意多个粒固体求出短径(DS)和最大直径(DL)，将其比(DS/DL)的平均值作为球度。

该金属层14的厚度下限为10nm，若低于该下限值则本发明所述的金属层易由该基材剥离，不易形成包覆性完整的具有核壳金属结构的固体；此外，本发明所述的金属层14的厚度亦不宜过厚，否则不易控制该固体的密度。举例来说，可调整该金属层14的厚度，使该固体具有一密度介于1.5至6之间的范围内。此外，由于本发明所述的固体其最外层的金属是为一活性金属，因此当一电池(例如一空气电池)包含本发明所述电解质组合物，在进行放电的过程中，该固体会应金属层逐渐转换成金属离子而使得其密度逐渐减少；另一方面，当进行充电的过程中，该固体则会应溶液中的金属离子转换成金属层而使得其密度逐渐增加。如此一来，使用者可藉由固体悬浮于该溶液中的状况来判断是否已经完成充放电，因此可更容易判断电解质状态。

根据本发明其他实施例，请参照图2，本发明所述的该固体10可更包含一导电层16，位于该基材12及该金属层14之间。该导电层16可为一耐酸碱的导电材料，例如Ni、Ti、Sn、或导电高分子。该导电层16形成的目的在于有效形成良好的电子导电通路，当固体互相接触时，可形成导电通路将电子传导至集电板上。该金属层或导电层的形成方式可为无电电镀法、或电镀法。举例来说，本发明所述的固体可依以下步骤制备。首先，提供一基材，该基材可预先进行一表面活化或酸化处理。此外，该基材亦可已包覆有本发明所述的金属层及/或导电层。接着，准备一镀液，该镀液包含预镀金属的前驱物、pH值稳定剂(例如：氯化铵(NH₄Cl))、与金属络合剂(例如：柠檬酸钠)，其中该预镀金属的前 驱物可例如为金属氯化物、金属硫酸盐、金属硝酸盐、金属醋酸盐、或其组合。接着，调整该镀液的pH值，使其介于3-6之间(例如4-5.9之间)，以使镀液中的金属离子前驱物与络合剂形成稳定的金属络合物而不产生沉淀。接着，将基材加入该镀液中，并加入还原剂(例如联氨、磷酸氢钠)，得到一混合物。接着，将该混合物在一反应温度(例如室温至100℃之间)下持续搅拌进行反应，反应时间可为数分钟至数小时。最后，利用离心机分离液体，得到本发明所述可用于电解质组合物的固体。

根据本发明其他实施例，可藉由改变金属前驱物浓度、镀液pH值、还原剂浓度、还原剂种类、反应温度、反应时间、以及镀膜次数，来调整所得固体的密度，以与该电解质组合物所使用的溶液配合，使该固体悬浮于该溶液中。

根据本发明某些实施例，该电解质组合物所使用的溶液可包含一溶剂、以及一溶质，其中该溶质可包含金属氧化物、碱性化合物、或其组合。该溶剂可例如为水；碱性化合物可为为碳酸钠、碳酸钾、重碳酸钠、氢氧化钠、氢氧化钾、四甲基氢氧化铵、或其组合；以及，该金属氧化物可为氧化锌、氧化铝、氧化镁、氧化锂、氧化钠、或其组合。添加该碱性化合物的目的是使该溶液呈碱性，促进金属氧化物可溶于该溶剂中。此外，该溶液可藉由添加该可溶的金属氧化物来调整其密度，以与该电解质组合物所使用的固体配合，使该固体悬浮于该溶液中。其中，该碱性化合物在该溶液中的浓度可介于0.5M至10M之间，视所需碱度而加以调整；此外，该金属氧化物相对于溶剂的添加量可介于5wt％至50wt％之间。

根据本发明某些实施例，请参照图3，本发明提供一种能量储存装置100，包括：一阳极102；一阴极104；以及一隔离膜106，设置于该阳极及该阴极之间；以及上述电解质组合物108。举例来说，该能量储存装置100可例如为一金属空气电池、该阳极102可为一金属电极例如纯度85wt.％至99.999wt.％的锌、或者锌合金。若该阳极112为锌合金，则可包括镁、铁、铜、钙、铋、铟、锌、镓、锡、镉、锗、锑、硒、铊与汞中至少一种金属，但本发明并不限于此。此外，阴极104可为一阴极空气电极，可包含催化剂(例如：氧化锰、氧化钴、或Pt/C之类的催化剂)，并可使空气进入该阴极。该隔离膜106主要是防止该阳极102与阴极104接触，其材质为习知任何适用的材质，本发明并无特别限定。

以下藉由下列实施例来说明本发明所述的电解质组合物所使用的固体及包含其的能量储存装置的制备方式，用以进一步阐明本发明的技术特征。

电解质组合物所使用的固体

制备例1：

将聚苯乙烯(polystyrene、PS)球体(平均粒径约为300nm)加入含氯化锡(SnCl₂)的溶液(溶剂为水，氯化锡含量为0.1wt％)于烧杯中，并将该烧杯置入超音波震动槽。于室温下震动10分钟后，接着，移除氯化锡(SnCl₂)溶液，并将水加入烧杯中。在室温下震动10分钟后，将水移除。接着，加入含氯化钯(PdCl₂)的溶液(溶剂为水，氯化钯含量为0.1wt％)于烧杯中，将具有聚苯乙烯球体及含氯化钯(PdCl₂)的溶液的烧杯，在室温下震动10分钟。接着，移除氯化钯(PdCl₂)溶液，并将水加入烧杯中。在室温下震动10分钟后，移除水并干燥后，得到表面活化的聚苯乙烯球体。

制备例2：

取一反应瓶，加入氯化镍(NiCl₂)、柠檬酸钠(NaC₆H₈O₇)、氯化铵(NH₄Cl)、以及40mL去离子水于该反应瓶中，使氯化镍(NiCl₂)、柠檬酸钠(NaC₆H₈O₇)、氯化铵(NH₄Cl)的浓度分别为0.2M、0.4M、以及0.6M，得到一镀液。接着，使用盐酸水溶液或氢氧化钠水溶液(浓度为1M)调整该镀液的pH值至5.9。接着，将反应瓶置于水温60℃超音波震动槽中，并将制备例1所得的表面活化的聚苯乙烯球体加入此溶液中。接着，以每分钟1mL速度，缓慢加入60mL磷酸氢钠(Na₂HPO₂、浓度为0.2M)(作为还原剂)于该反应瓶中。待完全加入后，持续进行搅拌并反应1小时。最后，使用离心机将固体分离，得到表面具有镍金属层的苯乙烯球体。接着，以扫描式电子显微镜(scanning electron microscope，SEM)分析所得的具有镍金属层的苯乙烯球体，结果请参照表1。

制备例3

依制备例2所述制备有镍金属层的苯乙烯球体的方式进行，除了将氯化镍(NiCl₂)的浓度由0.2M增加到0.4M，并将镀液的pH值调整至4.8，得到表面具有 镍金属层的苯乙烯球体。接着，以扫描式电子显微镜(scanning electron microscope，SEM)分析所得的具有镍金属层的苯乙烯球体，结果请参照表1。

制备例4

依制备例2所述制备有镍金属层的苯乙烯球体的方式进行，除了将氯化镍(NiCl₂)的浓度由0.2M增加到0.6M，并将镀液的pH值调整至4.2，得到表面具有镍金属层的苯乙烯球体。接着，以扫描式电子显微镜(scanning electron microscope，SEM)分析所得的具有镍金属层的苯乙烯球体，结果请参照表1。

表1

由表1可知，制备例2-4皆可得表面具有镍金属层的苯乙烯球体。而且，当所使用的氯化镍(NiCl₂)、柠檬酸钠(NaC₆H₈O₇)、氯化铵(NH₄Cl)的浓度分别为0.4M、0.4M、以及0.6M时，所得的苯乙烯球体其具有一镍金属层均匀形成于球体表面，如图4所示(图4为制备例3所述的具有镍金属层的苯乙烯球体其扫描式电子显微镜图谱)。

制备例5：

依制备例3所述制备有镍金属层的苯乙烯球体的方式进行，除了将NaC₆H₈O₇的浓度由1.0M降低至0.5M，并将镀液的pH值调整至4.3。在制备例5中观察到片状物沉淀，无法得到具有镍金属层的苯乙烯球体。

制备例6：

依制备例3所述制备有镍金属层的苯乙烯球体的方式进行，除了将镀液的pH值由4.8调整至3。在制备例6中观察到片状物沉淀，无法得到具有镍金属层的苯乙烯球体。

制备例7：

依制备例3所述制备有镍金属层的苯乙烯球体的方式进行，除了将镀液的pH值由4.8调整至4，得到表面具有镍金属层的苯乙烯球体。接着，以扫描式电子显微镜(scanning electron microscope，SEM)分析所得的具有镍金属层的苯乙烯球体，可观察到镍金属层均匀形成于球体表面。

制备例8：

依制备例3所述制备有镍金属层的苯乙烯球体的方式进行，除了将镀液的pH值由4.8调整至5，得到表面具有镍金属层的苯乙烯球体。接着，以扫描式电子显微镜(scanning electron microscope，SEM)分析所得的具有镍金属层的苯乙烯球体。与制备例3所述表面具有镍金属层的苯乙烯球体相比，制备例8所述表面具有镍金属层的苯乙烯球体其表面镍金属层具有较大的表面粗糙度。

制备例9：

依制备例7所述制备有镍金属层的苯乙烯球体的方式进行，除了将还原剂(Na₂HPO₂)的浓度由0.2M增加至0.4M，得到表面具有镍金属层的苯乙烯球体。接着，以扫描式电子显微镜(scanning electron microscope，SEM)分析所得的具有镍金属层的苯乙烯球体。与制备例7所述表面具有镍金属层的苯乙烯球体相比，制备例9所述表面具有镍金属层的苯乙烯球体其表面镍金属层较为致密。

制备例10：

依制备例7所述制备有镍金属层的苯乙烯球体的方式进行，除了将还原剂(Na₂HPO₂)的浓度由0.2M增加至0.6M，得到表面具有镍金属层的苯乙烯球体。接着，以扫描式电子显微镜(scanning electron microscope，SEM)分析所得的具有镍金属层的苯乙烯球体。与制备例7所述表面具有镍金属层的苯乙烯球体相比，制备例10所述表面具有镍金属层的苯乙烯球体其表面镍金属层具有较大的表面粗糙度。

制备例11：

依制备例7所述制备有镍金属层的苯乙烯球体的方式进行，除了将超音波震动槽的温度由60℃降至40℃，得到表面具有镍金属层的苯乙烯球体。接着，以扫描式电子显微镜(scanning electron microscope，SEM)分析所得的具有镍金属层的苯乙烯球体。与制备例7所述表面具有镍金属层的苯乙烯球体相比，制备例11所述表面具有镍金属层的苯乙烯球体其表面镍金属层具有较小的表面粗糙度。

实施例1:

取一反应瓶，加入氯化锌(ZnCl₂)、柠檬酸钠(NaC₆H₈O₇)、氯化铵(NH₄Cl)、以及40mL去离子水于该反应瓶中，使氯化锌(ZnCl₂)、柠檬酸钠(NaC₆H₈O₇)、氯化铵(NH₄Cl)的浓度分别为0.2M、1M、以及0.6M，得到一镀液。接着，使用稀盐酸水溶液或氢氧化钠水溶液(浓度为2M)调整镀液的pH值至4。接着，将反应瓶置于水温40℃超音波震动槽中，并将制备例9所制备的具有镍金属层的苯乙烯球体加入反应瓶中。接着，以每分钟1mL速度，缓慢加入60mL磷酸氢钠(Na₂HPO₂、0.4M)(作为为还原剂)于该反应瓶中。待完全加入后，持续进行搅拌并反应1小时。最后，使用离心机将固体分离，得到表面具有锌/镍复合层的苯乙烯球体。接着，以扫描式电子显微镜(scanning electron microscope，SEM)及穿透式电子显微镜(transmission electron microscope、TEM)分析所得的具有锌/镍复合层的苯乙烯球体(可得知具有锌/镍复合层的苯乙烯球体具有核壳状结构，求出锌层及镍层厚度)，并换算出具有锌/镍复合层的苯乙烯球体的密度，结果请参照表2。

实施例2:

依实施例1所述制备具有锌/镍复合层的苯乙烯球体的方式进行，除了将ZnCl₂的浓度由0.2M增加至0.4M，得到具有锌/镍复合层的苯乙烯球体。接着，以扫描式电子显微镜(scanning electron microscope，SEM)及穿透式电子显微镜(transmission electron microscope、TEM)分析所得的具有锌/镍复合层的苯乙烯球体，并换算出具有锌/镍复合层的苯乙烯球体的密度，结果请参照表2。

实施例3:

依实施例1所述制备具有锌/镍复合层的苯乙烯球体的方式进行，除了将氯化锌的浓度由0.2M增加至0.6M，得到具有锌/镍复合层的苯乙烯球体。接着，以扫描式电子显微镜(scanning electron microscope，SEM)及穿透式电子显微镜(transmission electron microscope、TEM)分析所得的具有锌/镍复合层的苯乙烯球体，并换算出具有锌/镍复合层的苯乙烯球体的密度，结果请参照表2。

表2

由表2可得知，增加氯化锌的浓度可使得具有锌/镍复合层的苯乙烯球体的表锌金属层厚度增加，并增加具有锌/镍复合层的苯乙烯球体的整体密度。

实施例4:

依实施例3所述制备具有锌/镍复合层的苯乙烯球体的方式进行，除了将镀液的pH值由4降低至3。在实施例4中观察到片状物沉淀，无法得到具有锌/镍复合层的苯乙烯球体。

实施例5:

依实施例3所述制备具有锌/镍复合层的苯乙烯球体的方式进行，除了将镀液的pH值由4增加至5，得到具有锌/镍复合层的苯乙烯球体。接着，以扫描式电子显微镜(scanning electron microscope，SEM)及穿透式电子显微镜(transmission electron microscope、TEM)分析所得的具有锌/镍复合层的苯乙烯球体，并换算出具有锌/镍复合层的苯乙烯球体的密度，结果请参照表3。

表3

由表3可得知，当镀液的pH由4增加至5，可增加具有锌/镍复合层的苯乙烯球体的整体密度。另一方面，当镀液的pH由4降低至3，由于锌还原反应过于剧烈，产生大量活性金属沉淀，导致片状物沉淀产生，无法得到具有锌/镍复合层的苯乙烯球体。

实施例6:

依实施例2所述制备具有锌/镍复合层的苯乙烯球体的方式进行，除了将超音波震动槽的温度由40℃增加至50℃，得到具有锌/镍复合层的苯乙烯球体。接着，以扫描式电子显微镜(scanning electron microscope，SEM)及穿透式电子显微镜(transmission electron microscope、TEM)分析所得的具有锌/镍复合层的苯乙烯球体，并换算出具有锌/镍复合层的苯乙烯球体的密度，结果请参照表4。

实施例7:

依实施例2所述制备具有锌/镍复合层的苯乙烯球体的方式进行，除了将超音波震动槽的温度由40℃增加至60℃，得到具有锌/镍复合层的苯乙烯球体。接着，以扫描式电子显微镜(scanning electron microscope，SEM)及穿透式电子 显微镜(transmission electron microscope、TEM)分析所得的具有锌/镍复合层的苯乙烯球体，并换算出具有锌/镍复合层的苯乙烯球体的密度，结果请参照表4。

表4

由表4可得知，增加反应温度可使得具有锌/镍复合层的苯乙烯球体的表锌金属层厚度增加，并增加具有锌/镍复合层的苯乙烯球体的整体密度。

实施例8:

依实施例7所述制备具有锌/镍复合层的苯乙烯球体的方式进行，除了将反应时间由1小时延长至2小时，得到具有锌/镍复合层的苯乙烯球体。接着，以扫描式电子显微镜(scanning electron microscope，SEM)及穿透式电子显微镜(transmission electron microscope、TEM)分析所得的具有锌/镍复合层的苯乙烯球体，并换算出具有锌/镍复合层的苯乙烯球体的密度，结果请参照表5。

表5

由表5可得知，增加反应时间可使得具有锌/镍复合层的苯乙烯球体的表锌金属层厚度增加，并增加具有锌/镍复合层的苯乙烯球体的整体密度。

实施例9:

依实施例7所述制备具有锌/镍复合层的苯乙烯球体的方式进行，除了将所使用的具有镍金属层的苯乙烯球体(由制备例9所得)改为实施例7所得的具有锌/镍复合层的苯乙烯球体(即依据实施例7条件对具有镍金属层的苯乙烯球体进行两次锌层镀膜)，得到具有锌/镍复合层的苯乙烯球体。接着，以扫描式电子显微镜(scanning electron microscope，SEM)及穿透式电子显微镜(transmission electron microscope、TEM)分析所得的具有锌/镍复合层的苯乙烯球体，并换算出具有锌/镍复合层的苯乙烯球体的密度，结果请参照表6。

实施例10:

依实施例7所述制备具有锌/镍复合层的苯乙烯球体的方式进行，除了将所使用的具有镍金属层的苯乙烯球体(由制备例9所得)改为实施例9所得的具有锌/镍复合层的苯乙烯球体(即依据实施例7条件对具有镍金属层的苯乙烯球体进行三次锌层镀膜)，得到具有锌/镍复合层的苯乙烯球体。接着，以扫描式电子显微镜(scanning electron microscope，SEM)及穿透式电子显微镜(transmission electron microscope、TEM)分析所得的具有锌/镍复合层的苯乙烯球体，并换算出具有锌/镍复合层的苯乙烯球体的密度，结果请参照表6。

表6

由表6可得知，增加镀膜次数可使得具有锌/镍复合层的苯乙烯球体的表锌金属层厚度增加，并增加具有锌/镍复合层的苯乙烯球体的整体密度。

实施例11:

依实施例7所述制备具有锌/镍复合层的苯乙烯球体的方式进行，除了将还原剂以联氨(N₂H₄、浓度为0.0156M)取代磷酸氢钠(Na₂HPO₂、0.4M)，得到具有锌/镍复合层的苯乙烯球体。接着，以扫描式电子显微镜(scanning electron microscope，SEM)及穿透式电子显微镜(transmission electron microscope、TEM)分析所得的具有锌/镍复合层的苯乙烯球体，并换算出具有锌/镍复合层的苯乙烯球体的密度，结果请参照表7。

实施例12:

依实施例7所述制备具有锌/镍复合层的苯乙烯球体的方式进行，除了将还原剂以联氨(N₂H₄、浓度为0.156M)取代磷酸氢钠(Na₂HPO₂、0.4M)，得到具有锌/镍复合层的苯乙烯球体。接着，以扫描式电子显微镜(scanning electron microscope，SEM)及穿透式电子显微镜(transmission electron microscope、TEM)分析所得的具有锌/镍复合层的苯乙烯球体，并换算出具有锌/镍复合层的苯乙烯球体的密度，结果请参照表7。

表7

由表7可得知，将还原剂以联氨取代磷酸氢钠，仍可得到具有锌/镍复合层的苯乙烯球体，且增加联氨的浓度可使得具有锌/镍复合层的苯乙烯球体的表锌金属层厚度增加，并增加具有锌/镍复合层的苯乙烯球体的整体密度。

制备例12：

将碳纤维(由西格利碳素股份有限公司(SGL)制造及贩卖)置入一水热反应釜中，并加入浓硝酸(16M)使碳纤维浸泡于其中。接着，在180℃下加热16小时。接着，以过滤方式将碳纤维取出，并以去离子水进行清洗，以去除碳纤维内部所存留的酸液。清洗完成后并进行烘干，得到酸化的碳纤维。

实施例13:

将制备例12所得的碳纤维置于氢氧化钾(KOH)溶液中，以不锈钢为阳极集电网作为碳粒导电的用，并以锌片作为阴极电极，在定电流下(1.0Amp)进行电镀沈积锌金属于碳纤维表面。电镀电压约维持在4.0V，可观察碳纤维表面逐渐形成银白色锌金属沈积。经30分钟后停止电流并取出已镀锌的碳纤维，使用去离子水进行清洗，去除碳粒内部所存留的碱液。洗净的镀锌碳粒置于80℃烘箱中除水24小时，得到具有锌金属层的碳纤维。接着，以扫描式电子显微镜(scanning electron microscope，SEM)分析所得的具有锌金属层的碳纤维，结果如图3所示。接着，以穿透式电子显微镜(transmission electron microscope、TEM)分析所得的具有锌金属层的碳纤维，换算出平均密度约为1.40±0.5g/cm³(视锌与碳纤维的比例而定)。接着，以X光能量分散光谱仪(energy dispersive spectrometers、EDS)对所得的具有锌金属层的碳纤维进行元素分析，结果如图5所示。由图5可得知，EDS图谱确实具有锌的主要的波峰，证实碳纤维表面确实有沉积锌金属。

空气电池

实施例14:

将空气侧端板、空气侧集电网、空气电极、空气侧电解液通道、隔离膜、金属侧电解液通道、以及金属侧集电网组装，其中空气电极由铁氟龙、发泡镍、碳黑及钴催化剂进行热压而成，外侧接触空气部份使用铁氟龙作为防水透气层，允许氧气透散进入与催化剂反应同时防止电解液泄漏，并使用碳黑作为催化剂载体增加导电性并且均匀扩散气体作用。内侧靠近金属侧则使用电池用不织布隔离膜防止两极接触造成短路。密封垫片为0.5mm厚的铁氟龙软性垫片。集电网使用不锈钢316材质，端板及电解液通道均为压克力加工而成。此外， 金属侧电解液通道预先填充洗净具有锌金属层的碳纤维(由实施例13制备而得)，空气侧电解液通道内以蠕动帮浦充满6M氢氧化钾(KOH)及40wt％氧化锌(ZnO)配制的电解液(溶液密度为1.45g/cm³)，其中电解液可穿透隔离膜到达金属侧并填满碳粒的空隙。

待电解液润湿隔离膜及碳纤维之后，以充放电测试设备(Kikusui PFX2011)进行循环测试，以定电流(10mA/cm²)充放电各五分钟共50循环，结果请参照图6，其中充电电压维持在1.96V，放电电压为1.22V，充放电电压效率约为62.2％。

比较实施例1:

依实施例14所述制备空气电池的方式进行，除了将具有锌金属层的碳纤维置换为锌金属粉。以充放电测试设备(Kikusui PFX2011)对所得的空气电池进行循环测试，可得知充放电电压效率约为50％。

由实施例14及比较实施例1可知，本发明所述的电解质组合物，由于可调控电解质组合物中固体的密度使其悬浮于溶液中，可大幅提升表面活性物质使用率，可避免以传统锌粉因密度过大造成沉淀所导致的可利用的活性物质面积减少，因此确实可提升空气电池的充放电效率。此外，由图6可得知，具有本发明所述电解质组合物的空气电池，具有重复充分电的能力，可作为二次(即可再充电的)金属空气电池。

虽然本发明的实施例及其优点已揭露如上，但应该了解的是，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作更动、替代与润饰。此外，本发明的保护范围并未局限于说明书内所述特定实施例中的制程、机器、制造、物质组成、装置、方法及步骤，任何所属技术领域中具有通常知识者可从本发明揭示内容中理解现行或未来所发展出的制程、机器、制造、物质组成、装置、方法及步骤，只要可以在此处所述实施例中实施大抵相同功能或获得大抵相同结果皆可根据本发明使用。因此，本发明的保护范围包括上述制程、机器、制造、物质组成、装置、方法及步骤。另外，每一申请专利范围构成个别的实施例，且本发明的保护范围也包括各个申请专利范围及实施例的组合。