[发明专利]装备疏液性多孔膜的电化学反应器

说明书

电化学反应装置中，第1主表面和第1主表面反对侧的第2主表面之间有正极，第1主表面和第1主表面反对侧的第2主表面之间有负极。正极和负极在所述同一第1主表面的两侧，双方间隔放置，并且之间具有空隙。所述空隙中充满导电性液体和/或电介质液体。将正极用第1隔离器具与液体隔离，第1隔离器具放置在正极的第1面，负极用第2隔离器具与液体隔离，第2隔离器具放置在负极的第1面。第1隔离器具包含多孔的第1疏水性多孔质膜，第2隔离器具包含多孔的第2疏水性多孔质膜。而且对该装置加压后，第1和第2疏水性多孔质膜的细孔被液体充满，配置压力加压工具，使正极和负极产生关联，发生电化学反应。

技术领域

本发明利用疏液性多孔质膜的耐液压性，将其应用到电解精炼装置、实际电池和电容器的电化学反应装置。

背景技术

元素周期表第1族、第2族、以及第13族内的易氧化金属元素与水接触后，离子化并立即自放电，产生氢气。因此这些金属严禁与水接触，他们的析出方法除了熔融盐电解，没有其它的制造方法。在实际电池中，与水反应强烈的第1族及第2族元素中的Ca、Ba、Sr，它们的电解质水溶液不能用于原电池或充电电池。此外，周期表第2族元素Be和Mg或者第13族中的Al，虽然可以用于原电池，但是没有充电电池。作为充电电池，使用第1族元素的锂离子电池或者钠离子电池中已经开发了非电解质水溶液(有机电解质)或是固体电解质。而且，将第1族元素的钠用于电池，可以将其用作熔融盐电解质，目前已经开发了300摄氏度以上高温操作的钠硫电池(NS)电池。

我们希望实际电池的电极材料是轻的，具有高电动势，而且具有大的放电容量。因此，元素周期表第1族元素是理想的负极材料，但是其自放电是很难避免的。导致这些实际电池、电解精炼或电容器自放电的原因是负极或正极存在于同一电解质水溶液中。因此，急切需要能够将电解质和电极分离，抑制自放电，并且将元素周期表第1、第2及第13族所属易氧化金属与水隔绝的技术。

我们希望电力贮存用电容器是大容量的，并且能够快速充电放电。电化学电容器是满足该要求的理想电容器。此外双电层电容器、氧化还原容器、混合电容器也可以满足该要求。但是这类电容器的缺点是会漏电和自放电。因此，我们急需开发抑制漏电的技术。

自放电时和负极金属溶解同时发生时，产生的电子与氢离子反应生成氢气，此时电子不会向正极移动，因此也不会产生电流。一般情况下，抑制电解质水溶液自放电的方法有一下几类。专利文献1中，碱性蓄电池的正极上设置了镍基孔构件，这个镍基孔构件中充填了镍和其它活性粒子，证实可以减少自放电。专利文献2中，将碱性蓄电池电极的相对面积增大，实际反应面积没有减少的电极形状，从而抑制了自放电。专利文献3中，磺化聚烯烃树脂纤维作为主成分制成片层，未磺化处理的片层亲水化处理，制成层积体隔板。从而减少自放电并保证了容量，是长寿命的碱性电池。专利文献4中，公开展示了将微结晶硅膜和非结晶硅膜等锂吸收和释放活性物质薄膜作为中间层铺设在集电体上，作为锂电池用电极。专利文献5公开展示了多孔质肽酸是锂电池上的电极活性物质，对非水电解质的浸渍性良好，具有更好的充放电循环特性。专利文献6中，公开展示了将具有吸收和释放阴离子的碳活性物质作为正极，将吸收和释放Na的负极活性材料Sn、Zn作为负极的钠充电电池。为了熔融钠，钠硫电池需要在300摄氏度时才能形成熔融盐。但是在专利文献7中，将双氟磺酰亚胺(FSI)作为阴离子，碱金属M作为阳离子，使用以上两种熔融盐组成物时，熔融盐MFSI生成温度只要60～130度，从而能够用于电池。

关于电解质和电极之间的隔离膜，专利文献8公开了孔径0.1μm以下的聚烯烃微多孔膜具有热稳定性，适合用于高容量/高放电电池的隔板。专利文献9中，公开了将二氧化硅、氧化铝等之制成的鳞片状无机多孔膜放置在正负电极和隔板中间，不会影响离子传导，能够维持了电池的性能。专利文献10中。公开展示了非水系二次电池使用的隔离膜。其可以是含有卤素的耐热性多孔质膜，或是耐热性树脂和多孔质聚烯烃制成的叠层膜，还可以是耐热性树脂和短片组成的层与多孔质聚烯烃制成层压薄膜。