一種便捷卷式超薄氧-金屬電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種便捷卷式超薄氧-金屬電池，陽極和陰極為箔狀或超薄片狀電極，陽極為金屬，陰極消耗氧，可用于充當(dāng)便攜式電源。這里氧-金屬電池包含空氣電池。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電子產(chǎn)品的大量普及和人們野外活動的加劇，對電子產(chǎn)品的野外充電成為了一個不得不面臨的問題，傳統(tǒng)野外發(fā)電設(shè)備中有燃油和自然能源兩大類。但是燃油發(fā)電的方式所需的設(shè)備較大型化，攜帶不便，不適合現(xiàn)代社會小型便攜的生活方式，而且燃油燃燒產(chǎn)生的廢氣將污染野外的環(huán)境；利用自然能源發(fā)電的方式如太陽能發(fā)電，其發(fā)電效率極其低下，而且受天氣影響大，不能隨時隨地使用。
[0003]電池的出現(xiàn)大大方便了室外作業(yè)的電力供應(yīng)，人們相繼開發(fā)出了鉛蓄電池、鎳氫蓄電池、鋰離子電池、聚合物鋰電池、燃料電池等電池。但由于它們有著像“電壓低、不宜放電過度、環(huán)境不友好、原材料稀少、價格高、對基礎(chǔ)設(shè)施依賴高、不安全、循環(huán)次數(shù)較少”等或多或少的問題，研發(fā)一種新型、環(huán)境友好、原料豐富易得、配套設(shè)施依賴低的高能量密度電池就變得很有必要。
[0004]氧-金屬電池是利用金屬的氧化產(chǎn)生的化學(xué)能發(fā)電的方式，總反應(yīng)是金屬和氧反應(yīng)生成金屬氧化物。由于氧-金屬電池只要求了電池反應(yīng)的原料是金屬和氧，并沒有限制金屬的形態(tài)、純度，氧的存在形態(tài)也可以是不同壓力的純氧、空氣中的氧氣、含氧試劑中的氧，它的范圍比空氣電池更加廣泛。純金屬氧化的理論比能量高，如銷達到8100Wh/kg，遠遠大于現(xiàn)有鉛蓄電池的理論比能量值170Wh/kg，而且原料豐富、環(huán)境友好、配套設(shè)施依賴低，因此是一種極具潛力的電池。
[0005]目前通過專利、非專利文獻檢索及市場調(diào)研，尚未發(fā)現(xiàn)使用氧-金屬電池的便攜式電池。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服現(xiàn)有電池功率低、環(huán)境不友好、原料稀有等缺陷，并實現(xiàn)超高比功率，本發(fā)明提供一種新型膠帶式電池即便捷卷式超薄氧-金屬電池，該電池原材料簡單易得、對環(huán)境負擔(dān)小、功率大、比功率高、使用攜帶方便。
[0007]本發(fā)明所使用的技術(shù)方案是:一種便捷卷式超薄氧-金屬電池，所述氧-金屬電池包含空氣電池，超薄陰極是空氣電極，其特征在于:均為條狀的厚度小于0.1mm的超薄陽極金屬電極、厚度小于0.1mm的超薄電解質(zhì)層、厚度小于0.5的mm超薄陰極、厚度小于0.1mm的超薄電解質(zhì)層依次堆疊，壓成條帶，并纏繞成卷；使用時剪下一段所需長度的條帶，用電解液潤濕超薄電解質(zhì)層，超薄陽極和超薄陰極分別連接負載即可輸出；電池工作時，金屬充當(dāng)陽極，不斷消耗；陰極為惰性電極，消耗氧氣。
[0008]所述超薄陽極金屬電極是厚度大于單層原子、小于0.1mm的超薄實心平板、多孔平板、實心箔或多孔箔。
[0009]所述超薄陰極是厚度大于單層原子、小于0.5mm的超薄平板、多孔平板、實心箔或多孔箔。
[0010]所述超薄陽極金屬電極是Al、Fe、Mg、Zn、Ca、L1、T1、Mn的純金屬單質(zhì)及含這些元素的晶態(tài)和非晶態(tài)合金。
[0011]所述條帶是條狀的超薄陽極、超薄電解質(zhì)層、超薄陰極、超薄電解質(zhì)層依次堆疊壓制而成即四層式，也可以是條狀的超薄陽極、超薄電解質(zhì)層、超薄陰極壓制而成即三層式；或者是上述兩者的變形:交換超薄陽極和超薄陰極的位置，在某一側(cè)添加用于隔離的油紙。
[0012]所述三層式條帶還是四層式條帶，有或沒有油紙，均能夠繞成卷。
[0013]以卷式儲存的條帶在使用時能夠截取所需長度，添加電解液進行工作。
[0014]本發(fā)明原理:均為條狀的超薄陽極、超薄電解質(zhì)層、超薄陰極、超薄電解質(zhì)層依次堆疊，壓成整體條帶(四層式)，或者前三者壓成整體條帶(三層式)，并纏繞成卷，在條帶纏繞成卷時，可以添加一層油紙用于隔離。使用時剪下一段，用電解質(zhì)溶液潤濕超薄電解質(zhì)層，超薄陽極和超薄陰極分別連接負載即可輸出。電池工作時，金屬充當(dāng)陽極，不斷消耗，陰極消耗氧氣。超薄陽極為金屬，可以是Al、Fe、Mg、Zn、Ca、L1、T1、Mn的純金屬單質(zhì)，以及這些元素的晶態(tài)合金和非晶態(tài)合金；超薄陰極為惰性電極。這里，超薄陽極和超薄陰極合稱為超薄電極，超薄的幾何形態(tài)使得電極有極大的比表面積，在相同的電極質(zhì)量下，具有更高的比功率，同時與空氣電池相比，電極的陣列密排方式使之獲得了極大的表面積，由此獲得超大的輸出功率。
[0015]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比優(yōu)點是:
[0016](I)本電池的總反應(yīng)是金屬與氧氣反應(yīng)生成金屬氧化物，本質(zhì)是金屬元素的燃燒，理論比能量最高可達13300Wh/kg (如鋰)；
[0017](2)本電池可以通過超市、便利店出售的方式，無需大規(guī)?；A(chǔ)設(shè)施；
[0018](3)整個電池不含污染源，環(huán)境友好，材料豐富易得；
[0019](4)本電池采用厚度小于0.1mm的超薄電極獲得極大的比表面積(對鋁高于74cm2/g)，具有超高的功率密度(對鋁，約600W/kg)；
[0020](5)本電池采用超薄電極獲得極大的表面積(對鋁高于74cm2/g)，能夠通過逐層疊加獲得所需的輸出功率；
[0021](6)本電池采用纏繞成卷的方式，儲存簡單，攜帶便利；
[0022](7)本電池能夠隨取隨用，使用方便，自由度大，可適應(yīng)不同功率和能量的需求。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明條帶(四層式)的橫斷面圖；
[0024]圖2為帶有油紙的條帶(四層式)的橫斷面圖；
[0025]圖3為三層式的橫斷面圖。
[0026]圖中:1.油紙，2.超薄陽極，3.超薄電解質(zhì)層，4.超薄陰極；
[0027]圖4為Mg66Zn3(lCa4#晶合金條帶的X射線衍射圖譜。
【具體實施方式】
[0028]本發(fā)明便捷卷式超薄氧-金屬電池，為條狀的超薄陽極、超薄電解質(zhì)層、超薄陰極、油紙按某種順序堆疊，壓成條帶，并纏繞成卷。使用時剪下一段，用電解質(zhì)溶液潤濕超薄電解質(zhì)層，超薄陽極和超薄陰極分別連接負載輸出。工作時，金屬充當(dāng)陽極，不斷消耗，陰極為惰性電極，消耗氧氣。本發(fā)明儲存簡單，攜帶便利，能夠隨取隨用，使用方便，自由度大，可以用于各種不同功率需求