專利名稱：海水或食鹽水鋁—空氣電池及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬大功率靜止海水或食鹽水電解液鋁-空氣電池及其制造方法，一種大功率以海水或食鹽水為靜止電解液的鋁-空氣電池，已有技術(shù)的中性鹽溶液鋁-空氣電池大功率電池組，都帶有強(qiáng)制電解液循環(huán)流動和鼓風(fēng)系統(tǒng)或陽極低頻振蕩系統(tǒng)等輔助設(shè)備，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。采用靜止不流動中性鹽溶液為電解液的鋁-空氣電池功率都很小。其單體電池功率不超過2W。鋁電極成分為AL-Ga-In-Ti、AL-Ga-In-P、AL-Ga-Sn等合金。鋁基材料采用99.99%的高純鋁，昂貴金屬Ga的含量達(dá)0.2%以上，成本高，電流效率低，且鋁陽極放電中途有鈍化現(xiàn)象。電解液為高濃度Nacl和Na2SO4混合溶液或氯化物和氟化物混合溶液。[A.R.Desplc“Proc of the 29he IUPAC Congress.Cologne Feoleral Republic of Germany. 5-10June 1983”1984 P267～274;D、M、Drazlc、A、R、Desplc and S、K、Zecevlc.Fuell Cell Trens In Research and Appllcation P105～125(1987)]，靜止中性鹽溶液小功率鋁-空氣電池工作電流小，10Ω放電，輸出電流0.12A(日本專利昭62-37885);空氣電極制造工藝陣舊，仍用傳統(tǒng)的活性炭作催化層，乙炔黑作防水層，PTFE為粘接劑制成(中國專利CN88107970)。
本發(fā)明的目的是采用成本低、活性高，無中途鈍化、鋁利用率高的鋁電極，廉價的海水(或食鹽水)為電解液，具有高透氣性、極化值小的空氣電極和本發(fā)明的準(zhǔn)楔形電池結(jié)構(gòu)，制成中性靜止電解液大功率機(jī)械再充電式鋁-空氣電池，克服已有技術(shù)的缺點。
本發(fā)明的海水或食鹽水鋁-空氣電池是這樣實現(xiàn)的。
1、兩空氣電極[8]相對而立與電池殼體[6]構(gòu)成容器，電池上部兩空氣電極極間距大，下部極間距小的準(zhǔn)楔形結(jié)構(gòu)。
2、鋁電極引線銅片經(jīng)電池上蓋壓緊后插入另一電池空氣電極集流插孔[9]中。
3、通過熔化工業(yè)純鋁加入0.01～0.15% Ga，0.01～0.10% In，0.05～0.5% Mg，0.05～0.3% Sn，0.03～0.5% Zn，0.05～0.3% Mn和0.05～0.3% Pb等成分制成鋁合金錠。鋁合金錠經(jīng)加熱至250℃～600℃，恒溫3～8小時，熱軋，冷軋，再加熱至150℃～550℃，+恒溫1～6小時，作正火、退火、淬火等熱處理工藝制得鋁合金帶。
4、空氣電極由催化層[1]+防水層[2]+導(dǎo)電網(wǎng)[4]+透氣層[3]組成。防水層中的乙炔黑在700℃～900℃的惰性氛圍中熱處理，防水層中加入Na2SO4、(NH4)2CO3發(fā)孔劑，防水層在丙酮中浸煮6～12小時，涼干，再加熱至100℃～300℃恒溫1-3小時。然后再升溫到350℃～380℃恒溫15～90分鐘。
本發(fā)明的海水或食鹽水大功率鋁-空氣電池制造工藝為將工業(yè)純鋁錠裝入井式電爐的石墨坩堝中，加熱熔化成750℃～1000℃的鋁溶液，按重量比加入0.01～0.15% Ga，0.01～0.10% In，0.05～0.5% Mg，0.05～0.3% Sn，0.03～0.5% Zn，0.05～0.3% Mn和0.05～0.3% Pb等，用石墨棒攪均勻，澆鑄成500×120×60mm的合金鋁錠。將鋁合金錠裝入箱式爐中加熱至250℃～600℃恒溫3-8小時，熱軋至5mm，然后冷軋成0.5～0.8mm厚的鋁合金帶。再將其裝入箱式爐中加熱至150℃～550℃恒溫1-6小時，作正火、退火、淬火處理后，裁成145×140mm的鋁合金片，鉚上60×40×0.1mm的銅片，鉚接處涂以清漆，制成電位相對于飽合甘汞電極電位為-1.49V的鋁電極。
說明書附圖圖1空氣電極結(jié)構(gòu)圖2單體電池裝配示意圖


1-催化層2-防水層3-透氣層4-導(dǎo)電網(wǎng)
5-集流銅片6-電池殼體7-鋁電極8-空氣電極9-集流插孔10-電池上蓋11-殼體密封圈12-鋁電極集流銅片13-殼體鑲塊14-電池上蓋環(huán)繞突出體本發(fā)明所用的空氣電極結(jié)構(gòu)如附圖1，是按催化層[1]+防水層[2]+一端焊接著集流銅片[5]的導(dǎo)電網(wǎng)[4]+透氣層[3]的順序疊加后，壓制而成。其中防水層的制造方法是將PTFE和在700℃～900℃下在惰性氛圍中熱處理2～6小時的乙炔黑及作為發(fā)孔劑的Na2SO4、(NH4)2CO3細(xì)粉末混合，加入適量工業(yè)酒精均勻滾壓制成0.5～1mm厚的膜，在丙酮中浸煮6～12小時，涼干，裝入箱式爐加熱到100～300℃恒溫15～90分鐘冷卻取出。其透氣層是用高透氣率的纖維膜浸上樹脂，用疏水劑處理制成。
本發(fā)明的單體電池結(jié)構(gòu)如附圖2、。單體電池有兩片相等面積為15×14cm2的空氣電極[8]相對而立粘接于電池殼體[6]上，兩空氣電極[8]的集流銅片[5]焊接成一體，將兩空氣電極[8]連接。鋁電極[7]置于電池中間。電池上部兩空氣電極[8]間距為2cm，下部兩空氣電極間距1cm。耐腐蝕金屬插孔[9]焊接于一空氣電極[8]集流銅片上，作為空氣電極[8]極柱。電池殼體[6]上部一側(cè)沒帶有凸臺的鋁電極定位體[13]，定位體凸臺裝有橡膠墊圈[11]，將置于電池中的鋁電極引線銅片[12]折彎90°，放在定位體[13]上，伸出電池體外，電池上蓋[10]上有環(huán)形實出體[14]。向電池內(nèi)注入電解液后，將上蓋[10]扣于電池殼體[6]上，電池上蓋[10]與電池殼體上的鋁電極定位體擠壓住鋁電極引線銅片，墊圈[11]將鋁電極引線銅片擠緊，可防止電解液沿其滲出。上蓋上的另一環(huán)形突出體[14]與定位體擠住鋁電極引線銅片[13]，保證鋁電極垂直對中于電池中。上蓋上還設(shè)有帶防水透氣膜的透氣孔，可使電池放電時產(chǎn)生的氣體排出。電池串聯(lián)時，鋁電極引線銅片插入另一電池的空氣電極集流插孔中。
本發(fā)明的以海水或食鹽水為電解液的大功率鋁-空氣電池的突出優(yōu)點是鋁合金電極中昂貴金屬材料含量低，活性高，成本低，電流效率高，放電時無中途鈍化現(xiàn)象。在60℃高溫下鋁電極正常溶解。對空氣電極防水層熱處理后，防水層中的親水物質(zhì)和發(fā)孔劑分解揮發(fā)徹底，疏水性好，孔率高，使空氣向電極內(nèi)表面擴(kuò)散快保證了電池大電流工作，單體電池放電電流達(dá)10A以上，這就使電池在電解液不流動狀態(tài)能輸出大功率。電池放電時，電解液溫度隨之升高，但常是電池上部溫度高，下部溫度低，準(zhǔn)楔形電池結(jié)構(gòu)保證了電池內(nèi)部溫升均勻，避免了鋁陽極溶解不均勻而過早斷損。電池放電時，鋁電極耗盡，用戶可隨時自行補(bǔ)充，避免了一般蓄電池需長時間充電的麻煩。
實施例按上述準(zhǔn)楔形電池結(jié)構(gòu)制成的大功率海水或食鹽水鋁-空氣電池組，其鋁電極按下列方法制成將工業(yè)純鋁錠放入井式電爐的石墨坩堝中，加熱熔化成950℃鋁液，加入0.05% Ga、0.03% In、0.2% Sn、0.1% Zn、0.2% Pb、0.1% Mg、0.2% Mn用石墨捧攪勻，澆鑄成500×120×60mm的鋁合金錠。將鋁合金錠裝入箱式爐在450℃下恒溫8小時，熱軋至5mm，然后冷軋成0.6mm厚鋁合金帶，再裝入箱式爐內(nèi)加熱至400℃恒溫4小時作正火處理，裁成15×14cm的片，鉚上60×40×0.1mm銅片，鉚接處涂清漆，鋁電極電位為-1.49V(相對飽合甘汞電極)，電流效率為90%。空氣電極按催化層+防水層+導(dǎo)電網(wǎng)+透氣層順序疊加后，以250Kg/cm2的壓力壓制而成。空氣電極有效面積15×14cm2，防水層是由PTFE和在850℃下在CO2氛圍中恒溫處理5小時的乙炔黑按重量比1∶1外加150%(NH4)2CO3及15%Na2SO4混合后加適量工業(yè)酒精滾壓成0.8mm的膜，放入丙酮中浸煮6小時，涼干，再裝入箱式爐加熱至250℃恒溫2小時，再升溫至350℃恒溫30分鐘，獲得導(dǎo)電性，疏水性和透氣性好的防水層。制成的鋁-空氣電池裝入海水或食鹽水溶液，單體電池開路電壓1.67V，以8.5A電流放電，輸出電壓26V，以10A電流放電。輸出電壓24V以上，連續(xù)放電5小時，放電電壓平穩(wěn)。
權(quán)利要求
1.一種海水或食鹽水鋁-空氣電池及其制造方法其特征是兩空氣電極[8]相對而立與電池殼體[6]構(gòu)成容器，電池上部兩空氣電極極間距大，下部極間距小的準(zhǔn)楔形結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海水或食鹽水鋁-空氣電池及其制造方法，其特征是鋁電極引線銅片[12]經(jīng)上蓋壓緊后插入另一電池空氣電極集流插孔[9]中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的海水或食鹽水鋁-空氣電池及其制造方法，其特征是通過熔化工業(yè)純鋁加入0.01～0.15% Ga，0.01～0.10% In，0.05～0.5% Mg，0.05～0.3% Sn，0.03～0.5% Zn，0.05～0.3% Mn和0.05～0.3% Pb等成分制成鋁合金錠。鋁合金錠經(jīng)加熱至250℃～600℃，恒溫3～8小時，熱軋，冷軋，再加熱至150℃～550℃，恒溫1～6小時，作正火、退火、淬火等熱處理工藝制得鋁合金帶。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的海水或食鹽水鋁-空氣電池及其制造方法，其特征是空氣電極由催化層[1]+防水層[2]+導(dǎo)電網(wǎng)[4]+透氣層[3]組成。防水層中乙炔黑在700℃～900℃的惰性氛圍中熱處理，防水層中加入Na2SO4、(CH4)2CO3發(fā)孔劑，防水層在丙酮中浸煮6～12小時，涼干，再加熱至100℃～300℃，恒溫1-3小時。然后再升溫到350℃～380℃恒溫15～90分鐘。
全文摘要
一種大功率準(zhǔn)楔形結(jié)構(gòu)靜止海水或食鹽水為電解液的鋁—空氣電池及其制造方法是通過熔化工業(yè)純鋁，加入Ga、In、Mg、Zn、Mn、Sn、Pb等成分，經(jīng)鑄錠、熱處理，熱軋、冷軋、正火、退火、淬火等工藝制成電池的鋁電極。通過對乙炔黑和防水層熱處理制得疏水性好、透氣率高的空氣電極。利用制得的鋁電極，空氣電極獲得了大功率靜止海水或食鹽水為電解液的鋁—空氣電池。
文檔編號H01M4/46GK1108007SQ9411046
公開日1995年9月6日 申請日期1994年3月3日 優(yōu)先權(quán)日1994年3月3日
發(fā)明者李振亞, 王泉, 朱善正, 劉雅惠, 郭再耕, 孫東昌 申請人:勝利石油管理局鉆井工藝研究院