[发明专利]空气-金属-电池和电化学发电方法

说明书

本发明涉及一种空气‑金属‑电池，其由多个交错连接的元件构成，用于利用电解液进行电化学发电。为了明显改善容量和重量的比率，用管(2)构成第一内部元件(1)，所述管(2)由带孔的、耐电解液的材料制成，在所述管(2)中构造用于电解液(4)的空腔(3)，在所述管(2)的外部围绕第一电极(6)的电集流体(5)，在所述电集流体(5)的外部紧密贴合隔膜(7)，在所述隔膜(7)外侧包覆作为第二电极(9)的空气电极(8)。

技术领域

本发明涉及一种由多个交错连接的管状元件构成的利用电解液进行电化学发电的空气-金属-电池，还涉及应用所述空气-金属-电池利用电解液进行电化学发电的方法。

背景技术

根据DE 10 2009 035 314 B4，公开了一种含有液体电解质的氧化还原液流型的空气-金属-电池以及一种通过使用所述氧化还原液流型的空气-金属-电池产生电能的方法。所述电池包括两个管状元件，在所述两个管状元件之间构成的用于流体态电解质的空腔，以及两个设置在所述管状元件上的电极。

通常，用以发电的空气-金属单电池为平面膜。与此相反，在上文所述的氧化还原液流型电池管使用圆柱形面，因为由此更有利于物质传输，而且机械构造可以得以简化。从而，得到在电效率方面以及重量方面相对于平面的单电池或电池的优势，特别是当将单电池微型化时。在这种情况下，容量比重量提高更多。

本发明的任务在于，实现一种由多个交错连接的管状元件构成的空气-金属-电池以及一种应用所述空气-金属-电池的方法，由所述电池和所述方法明显改善容量与重量的比率。

发明内容

为解决上述任务，本发明提供一种由多个交错连接的元件构成的、利用电解液进行电化学发电的空气-金属-电池，其特征在于包括：由管构成的第一内部元件，其由带孔的、耐电解液的材料制成，在所述管中构成的用于电解液的空腔，在所述管的外部围绕的第一电极的电集流体，紧密贴合在所述电集流体外部的隔膜，和包覆在所述隔膜外部的作为第二电极的空气电极。

此外，本发明提供一种应用所述空气-金属-电池利用电解液进行电化学发电的方法，其中通过将电解液喷入中心的内部管中，并且通过将电解液经由带孔管的壁上的开口分布到在内部管外的干燥金属粉末中，将附着在金属格栅上的金属粉末润湿。

本发明涉及一种用于电化学发电的由管构成的复合结构系统，所述系统能够利用反应性金属充电。空气中的氧借助优选的碱性电解液氧化金属，得以在空气-金属-单电池或电池中通过电化学途径产生电流。来自空气中的氧被还原，为此，在碱性环境中由空气中的氧形成的OH^-离子从优选的多层空气电极中迁移出来，通过多孔的隔膜，并随后通过电解液例如苛性钾溶液，到达带有集流体的金属电极。空气电极由多叠层系统组成，包括疏水的外层，例如由Teflon制成，具有极大的内部表面积的导电碳层和由导电金属格栅或金属网构成的集流体层。在层结构中随后是一个多孔的、离子渗透性隔膜，所述隔膜将空气侧与金属侧电隔离。金属侧设置以极细的金属粉末或极细的金属粉尘形式存在的可氧化的金属，或可氧化的金属化合物例如硼化物。此处，术语“可氧化的”特别指“冷燃烧”过程。作为可氧化的金属或金属化合物，特别使用锌、锂和硼，或硼化钛和硼化钒。金属电极具有集流体。所述集流体形成反应器或电池的两极。整个复合结构用电解液浸湿。空气电极的疏水外层尽可能薄，即优选约为0.01mm至0.2mm厚，特别优选的厚度为0.08mm。隔膜优选为带孔的管，布置有多个供电解液透过的小孔，在此，孔的直径优选在0.1cm至0.9cm范围内，特别优选为0.5cm。

由根据本发明所述的具有在其内部构成的空腔的带孔的管以及隔膜的组合，更有利于物质传输，而且机械构造得以简化。从而，得到在电效率方面以及重量方面的优势，尤其是相对于平面的电池以及目前公知的管状电池，特别是当将所述电池微型化时。在这种情况下，容量比重量提高明显更多。