[发明专利]一种熔极锂空气电池

说明书

一、技术领域：

一种一次锂空气电池，适用于大功率范围和汽车电池，由于工作时Li金属不间断地加入，所以也可称为锂燃料电池。 

二、技术背景：

《电源技术》2012第4期581页“锂空气电池简介”一章关于锂空气电池研究进展的叙述，与多家的说法是一致的，具有代表性。该文说：锂空气电池是由loekheed公司的专家在1976年提出的，他们首先采用水溶液作电解质，出现的困难是水溶液电解质会腐蚀Li电极。 

20年后，1996年Abraham和jiang改用了有机溶液(包括有机溶液聚合物)作电解质，但是新的困难又出现了，电池放电时产生的Li₂O会堵塞空气电极，使放电很快停止。 

又过了14年，2010年日本产业技术综合研究所，提出了水溶液和有机溶液并用的双解质方案。因两种解质中间必须要有固体隔膜分隔，变成了三解质，特别是固体隔膜的介入，使得离子电阻太大，无法实用。另外，固体解质与水溶液解质无法相容，有腐蚀，无法实用。 

由是近3年中，各国研究者，有的在寻找Li电极的防水方法，防止水溶液腐蚀Li电极；有的在寻找与水溶液能相容的导离子固体材料，作为双解质隔膜；有的在研究空气电极防堵化堵的方法。其中较多的方法是将空气电极的孔容量增大，让一次放电的产物全部储存在空气电极中，待放完电后，充电时再将储存产物放出。但是放电产物始终不按人们的理想去储存，它们总是先在空气电极 孔道的外口段积累，放电不久就将孔道外口堵塞了，停止放电。而电极上还有大量的电无法放出。即使另备充电电极，在放电完后马上进行充电，也是放电时间一次比一次少，最多几十次，充电也无法进行了。 

目前的情况就是这样的糟糕，一些常人能想到的方法都试过了，问题依然无法解决，漫长的几十年过去了，锂空气电池甚至在实验室的运转都维持不下去，的确是一道世界难题。许多专家已经丧失了信心，转向了燃气燃料电池。 

目前来讲，不管是一次锂空气电池还是充电锂空气电池，只要能持久运转就可以。 

日本产业技术综合研究所在试验上述的双解质方案时，也考虑使用一次电池方案，可惜也未能有效运转下去。 

本发明是一次锂空气电池，暂不考虑充电，只要锂不断地加入就可不断放电，所以也可称为Li燃料电池。 

三、发明内容：

本发明的目的是：1、让O-走出电解质去与Li+在Li电极表层生成Li₂O，彻底改变在空气电极中生成Li₂O的现象，解决堵塞难题。没有了堵塞，也就不需要水溶液去溶解堵塞，也就彻底消除了上一章所说的水与Li电极的矛盾。 

2、使放电产物不积累在电解质表面，让O-能与Li+良好接触。 

本发明是如此实现的，首先采用与固体燃料电池(SOFC)同样的空气电极，同样的电解质，不同的是固体燃料电池中O-走出电解质与H₊接触，本发明中O-走出电解质，与Li金属表层的Li+接触，结合生成Li₂O，完成锂空气电池电子的回归，产生电流。其特征是：Li+与O-的结合反应不在空气电极内产生，而是O-走出电解质，到达Li熔液的表面，与Li+产生结合反应。 

问题在于，O-的产生与传出必须在高温下进行。目前的技术，这一温度最 低也有600℃。而Li必须与600℃的电解质直接接触，才能保证离子良好的地传递。而锂的熔点是180℃，所以本发明中的锂电极只能以熔液态与电解质接触。请看图1。我们先将漏斗(2)中的Li金属(1)加热熔化，放电时Li熔液在电解质(4)的面上移动，作为负极。电解质面层上不断传出O-，与Li熔液内的Li+接触，在Li表层生成Li₂O，完成Li+的还原反应，完成外线路做功电子的回归，实现电流的持续。 

本发明就是如此实现的。 

本发明直接的优点是，消除了钾空气电池空气电极的堵塞，随之也消除了水与Li电极的矛盾，攻克了锂空气电池堵塞与水腐蚀两大难题。 

与其他电池比较的优点是，除了具有燃气燃料电池的优点外，还具备2个显著的优点： 

1、虽然本发明是高温工作的，但比燃气电池安全的多，因为Li金属与空气在高温状态下不易燃烧。所以可以作为交通工具的动力，这一点燃气燃料电池是无法相比的。 

2、本发明的发电与储能分为两个专业化的系统进行。发电时以锂作为燃料，以燃料电池的方式工作。储电时用电能对放电产物，进行专业化分解回收锂。