一种环保复合电池的制作方法

本实用新型涉及新型环保清洁能源领域，更具体而言，涉及一种环保复合电池。

背景技术：

随着现代工业和人们生活水平的飞速发展，当前市场的电池性能（能量密度、容量、寿命等主要指标）已无法满足实际需求，如锂离子电池的容量和续航里程已无法满足电动汽车的发展需求。目前市场上对高性能、高容量、高能量密度电池的需求日益高涨。

技术实现要素：

为了克服现有技术中所存在的不足，本实用新型提供一种环保复合电池，将空气电池与燃料电池结合，实现对资源的合理利用。

一种环保复合电池，包括空气电池与燃料电池，所述空气电池以铝板为负极材料，以铜板为正极材料，以氯化铜溶液为电解质溶液，所述铝板、铜板固定设置在支撑壳体中，并浸入所述氯化铜溶液中；所述铝板与铜板相对而立，所述铝板与铜板之间设置有隔膜与活性炭板，所述活性炭板附着于所述铜板靠近铝板端面，所述隔膜附着于所述活性炭板靠近所述铝板端面，所述隔膜与所述铝板之间设置有小于3mm的间距；所述铝板与铜板与外电路电性连接；所述支撑壳体设置有进水口与出水口，所述进水口设置在支撑壳体上部，所述出水口设置在支撑壳体下部，所述进水口和出水口之间连接有水循环系统；所述支撑壳体上方设置有气体出口，所述气体出口连通燃料电池；所述燃料电池与外电路电性连接；所述空气电池与燃料电池并联连接外电路。

进一步地，所述铝板采用纯度为99%-99.999%的铝板。

进一步地，所述铝板靠近隔膜端面开设有沟槽，沟槽直径为2mm。铝板表面的微细沟槽有水注入后形成毛细虹吸作用，随着水反应减少后，后续水在虹吸动力下可容易流入。

进一步地，所述铜板采用纯度为99%-99.999%的铜板。

进一步地，所述铜板可替换为铝合金。

进一步地，所述隔膜采用绝缘有机纤维或绝缘无机纤维。所述隔膜上设置有透气微孔结构，电子无法通过，但允许离子自由通过。

与现有技术相比，本实用新型所具有的有益效果为：

1.高能量密度：可以达到2000wh/kg以上，目前市场报道的锂离子电池能量密度最高为200wh/kg。

2.无需充电：电池工作放电耗完之后，可以加水或电解液而使电池重新产生电能，环保节能。

3.长寿命：根据电池电能的消耗，铝电极可以不断更换，重新让电池继续工作，与锂离子电池相比，寿命很长。

4.环保无毒、无有害物质产生：电池工作中只消耗水、电解液和空气，期间生成氧化铝和氢氧化铝及铜，过程绝对环保。而且氧化铝和氢氧化铝可以回收再循环生产铝材，铜粉可回收。

5.负极材料廉价易得：作为电池的主要消耗材料，铝板是常规材料价廉易得。

本实用新型提供的复合电池能量密度大、容量大、长寿命、绿色环保，工业化后可产生巨大的经济和社会效益。

附图说明

图1为本实用新型提供的复合电池内部结构示意图；

图2为复合电池整体结构示意图；

图3为铝板截面示意图。

图中：1、铝板；2、铜板；3、氯化铜溶液；4、支撑壳体；5、隔膜；6、活性炭板；7、进水口；8、出水口；9、水循环系统；10、气体出口；11、燃料电池。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1-3所示，一种环保复合电池，包括空气电池与燃料电池，所述空气电池以铝板1为负极材料，以铜板2为正极材料，以氯化铜溶液3为电解质溶液，所述铝板1、铜板2固定设置在支撑壳体4中，并浸入所述氯化铜溶液3中；所述铝板1与铜板2相对而立，所述铝板1与铜板2之间设置有隔膜5与活性炭板6，所述活性炭板6附着于所述铜板2靠近铝板1端面，所述隔膜5附着于所述活性炭板6靠近所述铝板1端面，所述隔膜5与所述铝板1之间设置有小于3mm的间距；所述铝板1与铜板2与外电路电性连接；所述支撑壳体4设置有进水口7与出水口8，所述进水口7设置在支撑壳体上部，所述出水口8设置在支撑壳体下部，所述进水口7和出水口8之间连接有水循环系统9；所述支撑壳体4上方设置有气体出口10，所述气体出口10连通燃料电池11；所述燃料电池11与外电路电性连接；所述空气电池与燃料电池11并联连接外电路。所述铝板1采用纯度为99%-99.999%的铝板。所述铝板1靠近隔膜5端面开设有沟槽，沟槽直径为2mm。铝板1的截面形状通过表面机加工制得。所述铜板2采用纯度为99%-99.999%的铜板。所述铜板2可替换为铝合金。所述隔膜5采用绝缘有机纤维或绝缘无机纤维。

铝作为负极材料在电池工作过程中被消耗，因此铝通过其远离隔膜一端面与固定板固定，所述固定板固定在支撑壳体中。所述固定板、正极材料通过常规固定方法固定在支撑壳体中，活性炭板固定在正极材料表面，隔膜固定在活性炭板表面。

在本实施例所述的空气电池中，铝作为电池负极，铜作为正极，氯化铜溶液做电解质。当需要电池工作提供电量时，则需添加氯化铜溶液，过程中发生的化学反应方程式如下：

常温下，铝与空气中的氧气可以进行缓慢化学反应：4al+3o2=2al2o3，铝生成氧化铝的氧化反应发生在负极铝材附近，氧气生成氧离子的还原反应发生在正极铜材附近。外电路正、负极通路条件下，反应持续而形成电池结构。

铝与氯化铜发生氧化还原反应：2al+3cucl2=2alcl3+3cu。铝生成氯化铝的氧化反应发生在负极铝材表面，氯化铜生成铜的还原反应发生在正极铜材附近而沉积铜。外电路正、负极通路条件下，反应持续而形成电池结构。

产物氯化铝与电解液中的水发生水解反应：alcl3+h2o=al（oh）3+3hcl。

生成的氯化氢离子与负极铝发生氧化还原反应：2al+6hcl=2alcl3+3h2，铝生成氯化铝的氧化反应发生在负极铝材附近，氢离子生成氢气的还原反应发生在正极铜材附近。

空气电池中化学反应以有效铝消耗完而停止。

整个装置过程中有三组氧化还原反应，装置中铝和铜分别为复合电池的负极和正极。所有化学反应中产生的离子在正负极结构之间迁移而形成电池。

上述所有化学反应的最终产物是：氧化铝，氢氧化铝，铜和氢气。

在本实施所述的燃料电池，以空气电池中产物氢气为原料，燃烧而将化学能转化为电能：h2+o2=h2o。其中h转变为h⁺的氧化反应发生在为负极附近，o转变为o^-的还原反应发生在正极附近。外电路正、负极通路条件下，反应持续而形成电池结构。其中的产物水将会作为电解液使用。

上述两个电池装置内部是并联设计，电极间的接通以内阻最小为原则。整个复合电池装置的最终产物是氧化铝和氢氧化铝及铜。

本实用新型通过将空气电池与燃料电池并联设置，避免空气电池中氢气直接排除，由于氢气的爆炸范围较宽，在部分场合下直接排放有起火或爆炸危险，因此，将空气电池产物氢气收集并利用，作为燃料电池的原料，提高了发电效率，延长电池的维护期限，并通过燃料电池和空气电池共同输出，大幅提高输出功率。

本实施例制备的环保复合电池能量密度高达2000wh/kg以上；

上面仅对本实用新型的较佳实施例作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化，各种变化均应包含在本实用新型的保护范围之内。