便携式高效铝氧动力电池的制作方法

本实用新型涉及铝空气电池的技术领域，尤其涉及一种便携式高效铝氧动力电池。

背景技术：

目前市面上使用的一次性电池能量密度低、电压不稳定、使用寿命短；随着技术的不断发展，对电池的要求也越来越高，近年来随着无人机市场的快速发展，现有的电池已不能满足市场的需求，而铝-空气电池是一种新型的具有高能量的化学电源，该类电池具备能量密度大、放电时间长、电压平稳、安全性能好、无污染、材料来源广泛、质量轻等众多优点，因而在各种水下电源、便携式电源、备用电源中已经有较为广泛的应用。

另外，一次性铝-空气电池具有使用寿命较长的优点，因此在合理价格范围内，将会大量被用到移动通讯设备中去。铝-空气电池符合电池行业的社会需求和发展趋势，其应用范围也将会延伸到各种社会领域中去。然而，目前的铝-空气电池主要采用银做催化剂，虽然催化活性很高，但是成本也很高，不适宜大规模生产；且所使用的电解液都为腐蚀性液体，不便于携带、贮存；铝阳极在电解液中容易产生析氢反应；氧催化电极通常是摄取空气中的氧气，限制了其应用范围。

技术实现要素：

针对上述技术中存在的不足之处，本实用新型提供一种工艺简单、成本低廉以及电池重量轻的便携式高效铝氧动力电池。

为了达到上述目的，本实用新型一种便携式高效铝氧动力电池，包括外壳、多块上固定板、多块下固定板、多块氧催化电极、多块铝阳极以及多块胶体电解质片，所述多块上固定板、多块下固定板、多块氧催化电极、多块铝阳极以及多块胶体电解质片均容置在外壳中，一块上固定板与一块下固定板围合形成一个提供电化学反应环境的电极反应腔；

每个电极反应腔中包括两块氧催化电极、两块胶体电解质片以及一块铝阳极，每块氧催化电极的一端设在上固定板上，每块氧催化电极的另一端设在下固定板上，同一电极反应腔中的两块氧催化电极分别固定在电极反应腔的内壁两端，同一电极反应腔中的铝阳极固定在两块氧催化电极之间，两块胶体电解质片分别固定在不同氧催化电极与铝阳极之间；

向外壳中注水之后，电极反应腔内氧催化电极、铝阳极以及胶体电解质之间形成导通状态，氧催化电极位置的氧气得到电子转换成氢氧根离子，铝阳极上的铝单质失去电子转换成正价铝离子。

其中，该动力电池还包括固态氧片，相邻电极反应腔之间的上固定板与下固定板之间围合形成容置固态氧片的氧气供应腔，所述固态氧片固定在氧气供应腔中，且所述固态氧片的两面分别与相邻电极反应腔中的一块氧催化电极相对；向电堆里面加水后，固态氧片产生氧气在相对的两块氧催化电极上得电子。

其中，所述外壳上还开设有注液口，多块上固定板与外壳之间围合形成顶部缓冲腔，多块下固定板与外壳之间围合形成底部缓冲腔；所述注液口通过注液管道与底部缓冲腔相通；每个氧气供应腔的底部设有第一入液口，每个电极反应腔底部设有第二入液口，每个氧气供应腔顶部设有第一泄压口，每个电极反应腔顶部设有第二泄压口；水从注液口沿注液管道的方向伸到外壳底部缓冲腔，通过每个氧气供应腔底部的第一入液口以及每个电极反应腔底部的第二入液口分别进入氧气供应腔以及电极反应腔，铝电极在碱性溶液中腐蚀产生的气体从每个氧气供应腔顶部的第一泄压口以及每个电极反应腔顶部的第二泄压口分别进入外壳的顶部缓冲腔。

其中，所述外壳还包括外壳泄压口、泄压阀以及注液密封圈，所述外壳泄压口以及注液口均开设在外壳顶部，所述注液密封圈设置在注液口上，所述泄压阀设置在外壳泄压口上。

其中，所述氧催化电极与上固定板以及下固定板之间均进行可拆卸固定连接，所述铝阳极均与外壳之间进行可拆卸固定连接，所述铝阳极与氧催化电极的长度相等，所述胶体电解质片的长度短于铝阳极以及氧催化电极。

其中，所述氧催化电极包括镍网层、催化层、胶水层以及四氟乙烯层，所述镍网层的两面由内向外分别为催化层、胶水层以及四氟乙烯层。

本实用新型的有益效果是：

与现有技术相比，本实用新型的便携式高效铝氧动力电池，本实用新型制备的氧催化电极成本低廉、活性高，长时间运行电压平稳，使用胶体电解质便于携带，使用方便，往电堆里面直接加水电堆就能运行；使用铝合金做阳极，电化学活性高，在碱性溶液中自腐蚀速率小。本实用新型所使用的材料和所生产的物质都可以回收再利用，对环境友好。

附图说明

图1为本实用新型便携式高效铝氧动力电池的氧催化电极在1.2V恒压下的极化电流曲线；

图2为本实用新型便携式高效铝氧动力电池的结构示意图。

主要元件符号说明如下：

10、铝阳极 11、氧催化电极

12、胶体电解质 13、固态氧片

14、外壳 15、上固定板

16、下固定板

141、注液口 142、外壳泄压口

143、注液密封圈 144、泄压阀

151、第一泄压口 152、第二泄压口

161、第一入液口 162、第二入液口。

具体实施方式

为了更清楚地表述本实用新型，下面结合附图对本实用新型作进一步地描述。

本实用新型一种便携式高效铝氧动力电池，包括以下制作步骤：

1)将钙钛矿型锰氧化物、二氧化锰、导电剂、聚四氟乙烯乳液混合，用水分散打成浆料，将浆料涂覆在镍网两面烘干（镍网两面都是催化层）；在催化层的一面喷涂一层胶水，然后将聚四氟乙烯膜贴在上面，通过反复辊压制得氧催化电极11；将氢氧化钾、环糊精混合后制备成胶体电解质12，通过辊压呈片状；将缓释固态氧碾磨成粉末与增稠剂混合，通过滚压形成固态氧片13；

2) 将步骤(1)得到的氧催化电极11和铝电极固定好，在氧催化电极11与铝电极之间加入胶体电解质12片和缓释固态氧片，组装成铝氧电池；

3) 将步骤(2)得到的铝氧电池放入塑料外壳14里面（全密封，只有一个注液口141和外壳泄压口142），使用前密封保存；使用时打开注液口141的盖子，往电池里面注水，电池开始运行，缓释固态开始缓慢的分解，为氧催化电极11提够氧气，胶体电解质12缓慢的溶解，直到铝电极消耗完；电极反应腔在1.2V电压下，电流密度达到100mA/cm2，并且在保持90mA/cm2电流下运行10小时以上；

4）电池在运行的时候，铝电极在碱性溶液中腐蚀产生的气体通过泄压阀144自动排放出去；

5）本实用新型实例由10片电极反应腔堆叠而成，电极反应腔尺寸10*14cm，铝电极的厚度0.5mm，铝电极总量大约500克，每克铝产生3.5Wh，铝全部耗完产生1.5KWh电量，能够坚持无人机等续航10小时以上。

本实用新型的电池可以由5-20个电极反应腔任意多少个电极反应腔组成；或者由两个或两个以上电堆组成供电系统，不限制电极反应腔数量。

进一步参阅图2，本实用新型的便携式高效铝氧动力电池，包括外壳14、多块上固定板15、多块下固定板16、多块氧催化电极11、多块铝阳极10以及多块胶体电解质12片，所述多块上固定板15、多块下固定板16、多块氧催化电极11、多块铝阳极10以及多块胶体电解质12片均容置在外壳14中，一块上固定板15与一块下固定板16围合形成一个提供电化学反应环境的电极反应腔；

每个电极反应腔中包括两块氧催化电极11、两块胶体电解质12片以及一块铝阳极10，每块氧催化电极11的一端设在上固定板15上，每块氧催化电极11的另一端设在下固定板16上，同一电极反应腔中的两块氧催化电极11分别固定在电极反应腔的内壁两端，同一电极反应腔中的铝阳极10固定在两块氧催化电极11之间，两块胶体电解质12片分别固定在不同氧催化电极11与铝阳极10之间；

向外壳14中注水之后，电极反应腔内氧催化电极11、铝阳极10以及胶体电解质12之间形成导通状态，氧催化电极11位置的氧气得到电子转换成氢氧根离子，铝阳极10上的铝单质失去电子转换成正价铝离子。

在本实施例中，该动力电池还包括固态氧片13，相邻电极反应腔之间的上固定板15与下固定板16之间围合形成容置固态氧片13的氧气供应腔，所述固态氧片13固定在氧气供应腔中，且所述固态氧片13的两面分别与相邻电极反应腔中的一块氧催化电极11相对；向电堆里面加水后，固态氧片13产生氧气在相对的两块氧催化电极11上得电子。

在本实施例中，所述外壳14上还开设有注液口141，多块上固定板15与外壳14之间围合形成顶部缓冲腔，多块下固定板16与外壳14之间围合形成底部缓冲腔；所述注液口141通过注液管道与底部缓冲腔相通；每个氧气供应腔的底部设有第一入液口161，每个电极反应腔底部设有第二入液口162，每个氧气供应腔顶部设有第一泄压口151，每个电极反应腔顶部设有第二泄压口152；水从注液口141沿注液管道的方向伸到外壳14底部缓冲腔，通过每个氧气供应腔底部的第一入液口161以及每个电极反应腔底部的第二入液口162分别进入氧气供应腔以及电极反应腔，铝电极在碱性溶液中腐蚀产生的气体从每个氧气供应腔顶部的第一泄压口151以及每个电极反应腔顶部的第二泄压口152分别进入外壳14的顶部缓冲腔。

在本实施例中，所述外壳14还包括外壳泄压口142、泄压阀144以及注液密封圈143，所述外壳泄压口142以及注液口141均开设在外壳14顶部，所述注液密封圈143设置在注液口141上，所述泄压阀144设置在外壳泄压口142上。

在本实施例中，所述氧催化电极11与上固定板15以及下固定板16之间均进行可拆卸固定连接，所述铝阳极10均与外壳14之间进行可拆卸固定连接，所述铝阳极10与氧催化电极11的长度相等，所述胶体电解质12片的长度短于铝阳极10以及氧催化电极11。

在本实施例中，所述氧催化电极11包括镍网层、催化层、胶水层以及四氟乙烯层，所述镍网层的两面由内向外分别为催化层、胶水层以及四氟乙烯层。

本实用新型的优势在于：

1、铝氧电池的外壳14使用的材料与手机外壳14使用的材料是一样的，质量轻、强度高，便于携带，大大的减轻了铝氧电池的质量；

2、本实用新型制备的氧催化电极11工艺简单、成本低廉、活性高，长时间运行电压平稳，在1.2V电压下，极化电流密度达100mA/cm2，并且在保持90mA/cm2电流下运行10小时以上；

3、使用胶体电解质12，在使用时，将电堆的注水口打开，往电堆里面直接加水电堆就能运行，使用胶体电解质12便于携带，使用方便；

4、使用铝合金做阳极，电化学活性高，在碱性溶液中自腐蚀速率小；

5、通过在电极之间加入缓释固态氧片13，在使用时，打开电堆的注水口，往电堆里面加水，固态氧缓慢分解产生氧气，为氧催化电极11提够氧气，使电池可以在密闭的环境中运行，不需要从空气中摄取氧气（如水下运行或者潜艇等），当铝电极消耗完后，电池停止运行；电池在运行的过程中产生的气体通过泄压阀144排出；

6、所使用的材料和所生产的物质都可以回收再利用，对环境友好。

以上公开的仅为本实用新型的几个具体实施例，但是本实用新型并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本实用新型的保护范围。