一种提升金属燃料电池阳极利用率的方法与流程

本发明属于金属表面处理技术领域，具体而言涉及一种依靠胶带在金属阳极表面构筑防腐网状结构而提升电池金属阳极利用率的方法。本方法适用于近中性条件金属基电池的金属阳极利用率的提升。

背景技术：

使用金属作为电池阳极/负极反应物时，电极会因金属的腐蚀造成反应物脱离金属主体而造成金属利用率的下降。有效的集流方式是提升金属阳极利用率的关键措施之一。如锌/空气电池的金属阳极采用金属集流网以增加锌粉和集流体的充分接触；镁/空气电池会对镁合金集流处进行绝缘保护，避免因镁合金板断裂造成的电池阳极利用率的下降。当金属阳极低于0.5mm左右时，金属阳极在电解液中腐蚀脱离的现象更明显，严重降低了薄金属阳极的利用率，如镁海水激活电池，镁/水电池等。因此，薄金属阳极的有效集流成为阳极利用率提升的关键。

传统的厚金属阳极集流保护的主要方式为极耳处或电极四周形成边框保护，或在电极表面简单涂抹耐腐蚀胶水或油漆等形成的集流网对薄金属阳极的利用率提高已不再适用。薄金属电极在反应时易产生大面积脱离现象，故在电极周围或表面形成简单的集流网不能有效防止金属脱离。解决金属脱落的有效方式为构筑适当大小网孔和适当宽度网丝的集流网；集流网必须足够薄以减小集流网给金属造成额外的质量而降低集流网对电池质量比能量的影响；集流网必须连续，否者无法达到集流目的。所以，构筑质量轻、厚度薄，操作简单，安全环保的低成本集流网成为阳极利用率提高的有效途径。

技术实现要素：

本发明针对薄金属阳极腐蚀脱落导致利用率降低的问题，通过集流网结构设计和优化，有效提高阳极利用率。

本发明专利包括以下技术方案：

一种提升金属燃料电池阳极利用率的方法，其特征在于：所述阳极为一金属平板，金属平板的四周边缘采用条状胶带粘接包裹密封，并于金属平板的两面表面分别采用条状胶带粘接成网格状图纹。

于金属平板的两面表面分别采用条状胶带从左至右和从上至下交叉粘接，形成四边形网格状图案。以及于金属平板的两面表面分别采用条状胶带沿横向和纵向交叉粘接，形成方形网格状图案。

胶带原膜的材质为双向拉伸聚丙烯类薄膜，厚度为10-45μm，拉伸强度为130mpa-220mpa，粘结剂为丙烯酸酯；胶带足够薄，且具有一定的弹性，使得胶带集流网交叉部位与金属板具有更好的贴合性，胶带的宽度大于1mm。

金属平板的四周边缘包裹胶带形成主集流框架，金属平板两面表面粘接胶带形成子集流网，主集流框架和子集流网构成阳极集流网结构；主集流框架为金属阳极四周边缘以及边缘处阳极表面上的包裹胶带，阳极厚度为0.01-1mm厚的金属阳极，胶带宽度为2-30mm；子集流网为金属阳极面上的胶带，胶带宽度为1-20mm，子集流网胶带间距为10-500mm。

金属阳极，包含镁及镁合金，铝及铝合金中的一种或二种以上；适用电解质条件为海水、氯化钠或氯化铵中的一种或两种以上的混合溶液，ph值在3-11。

本发明具有以下优点：

本发明利用胶带构筑薄金属阳极集流网的方法，有效提升了金属阳极的利用率。本方法采用主集流网和子集流网联合的方案，有效解决金属阳极腐蚀时造成的大面积脱落。本方法采用胶带粘接，方法灵活，可根据不同阳极情况制定不同的集流网方案，无需复杂的仪器设备，适合小规模生产。

附图说明

图1金属阳极集流网构筑示意图。图中1为极耳，2为极耳保护层，3为金属阳极，4为主集流网，5为子集流网。

图2金属阳极有无集流网时放电对比图，具体条件见实施方案

具体实施方案

本实施方案的示意图如图1所示，本方案包含金属阳极和集流网。金属阳极包含集流用极耳和金属阳极主体；极耳为非反应区，用作电流输出导体，金属阳极主体为反应区域。图中金属阳极为镁合金az31b平板，其主体尺寸为200mm×100mm×0.4mm，其极耳尺寸为15mm×10mm。

于金属平板的两面表面分别采用条状胶带沿横向和纵向交叉粘接，形成方形网格状图案。

集流网包含主集流网和子集流网；主集流网的胶带宽度为5mm，子集流网的胶带宽度为2mm。

胶带原膜的材质为双向拉伸聚丙烯类薄膜，厚度为20m，拉伸强度为150mpa，粘结剂为丙烯酸酯；金属平板的四周边缘包裹胶带形成主集流框架，金属平板两面表面粘接胶带形成子集流网，主集流框架和子集流网构成阳极集流网结构；主集流框架为金属阳极四周边缘以及边缘处阳极表面上的包裹胶带，胶带宽度为5mm；子集流网为金属阳极面上的胶带，胶带宽度为2mm，子集流网胶带间距为10mm。

将上述条件的有集流网的金属阳极与无集流网的阳极组装成镁/水电池，进行放电对比，其性能如图2所示。电池的阳极为有集流网和无集流网的az31b，阴极为泡沫镍，电解质为质量分数为3.5％的nacl溶液，放电电流密度为1macm^-2。如图2所示，有集流网的阳极组装的镁/水电池放电时间为35小时，没有集流网的阳极的电池放电时间仅为20小时，利用率提高了近75％，利用率提高效果明显。

技术特征：

技术总结
本发明是一种依靠构筑金属集流网而提升金属基电池金属阳极利用率的方法。本发明的集流网为被网状绝缘胶带保护后未被腐蚀的金属部分，因胶带为网状结构，则被保护的金属阳极同样为网状交联结构。本集流网具有多级结构：采用一定宽度的胶带在金属阳极平板两面粘接成交错网状形成子集流网，采用一定宽度的胶带在金属阳极四周边缘粘接成框状用以构筑主集流网。子集流网用以连接金属阳极的所有反应区，确保金属阳极的活性成分能充分利用；主集流网连接各子集流网，确保集流通道中电子的畅通运行。本发明利用胶带有效的绝缘阻水的性质，成功构筑了金属阳极集流网。该方法工艺简单，成本低，有效可靠，非常适合于小规模金属阳极处理。

技术研发人员：王二东;刘乾锋;孙公权
受保护的技术使用者：中国科学院大连化学物理研究所
技术研发日：2017.12.11
技术公布日：2019.06.18