[发明专利]镁空气电池用水凝胶电解质及其制备方法和镁空气电池

说明书

一种镁空气电池用水凝胶电解质，其特征在于：所述水凝胶电解质是由高吸水性高分子材料吸收pH值在6~8之间的水溶液后形成的凝胶状物质，所述高吸水性高分子材料是高吸水性树脂、高吸水性纤维素、高吸水性淀粉中的一种或几种。本发明进一步提供了一种镁空气电池用水凝胶电解质的制备方法与镁空气电池。本发明提供的镁空气电池采用水凝胶电解质作为电解质，大量的水被保持在凝胶状电解质中，在电池放电过程中，充足的水参与电极反应，可以满足放电需要；水凝胶电解质没有液态水溶液，不需要像液态电解质那样需要严格密封；且水凝胶电解质的生产成本低，适合批量化生产，对电池结构的影响小，所以电池在包装、携带、使用过程中更加方便，适用范围更广。

技术领域

本发明涉及新能源材料应用技术领域，具体地说，涉及一种镁空气电池用水凝胶电解质及其制备方法和镁空气电池。

背景技术

近年来，电池的开发与应用技术逐渐成为较大竞争力的技术之一。在提高主流的锂电池性能的同时，还在积极研究与开发其他种类的新型电池，而镁空气电池近年来以其优异的使用性能逐渐进入人们的视野。镁空气电池是采用金属镁或者镁合金作为负极的空气电池，目前已经得到广泛应用，且国内外均有报道。其中，日本藤仓橡胶公司开发出了应急用镁（Mg）空气电池“WattSatt”，这是注入盐水就会发电的一次电池，向电池中放入氯化钠和2L水制作电解液，注入电池内即可开始发电，电池容量为280Wh，能为30部电池容量约为2000mAh的智能手机充满电。中国天宇集团和韩国弘林镁空盐水电池株式会社制造了一种镁-空气盐水电池，使用500ML的水配置浓度为10%左右的盐液来做电解液，加入电池可以提供1A电流下5W的功率放电。台州非常新能源科技有限公司生产的镁空气电极的单位面积放电电流密度由120mA/cm²提高到280mA/cm²，达到国外同类产品水平。中国科学院宁波材料技术与工程研究所动力锂电池工程实验室，通过优化阴极空气扩散电极的结构与制备工艺，开发高性能的锰氧化物氧还原催化剂的基础上，成功研制出1000Wh镁空气电池样机，该电池由5个单体电池串联而成，以AZ31镁合金为阳极，以10%的NaCl溶液为电解液，以上述空气扩散电极和锰氧化物催化剂为阴极，该镁空气电池的外观尺寸为200×150×150 mm³，重量为2.3 kg，能量密度可达430 Wh/kg，最大输出功率可达80W。

上述已经研发和目前正在研发的镁空气电池结构和功能特征在于：采用镁及镁合金作为电池负极材料，氧化物等催化剂用作正极材料，而电解质一般采用不同含量的NaCl水溶液，构成液态的电解质。一般来说，常规情况下，镁空气电池正负极之间隔空，平时不发生电池反应，当需要放电时，将水溶液电解液注入电池中，水溶液电解液将正负极导通，从而电池开始放电。放电过程中，水中OH^-与金属Mg发生化学反应Mg+2OH^- →Mg(OH)₂+2e，释放出电子，从而实现化学能向电能的转换。而加入的NaCl水溶液，可以让金属镁不断发生腐蚀，露出新鲜的金属表面，就可以实现持续稳定的放电。水溶液电解质起到导通空气电池正负极和不断促进腐蚀进行的作用。但是，在现有技术中需要在镁空气电池中持续添加水溶液，这样会造成电池使用的麻烦。首先，水溶液加入到电池中，需要专用的工具；同时，电池腔体必须做成完全密封，才能保证水溶液电解质不会流出造成电池失效；同时水溶液的泄漏会造成周围使用环境的污染或腐蚀。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种镁空气电池用水凝胶电解质及其制备方法和镁空气电池，其目的是为了解决现有镁空气电池使用过程中，需要在镁空气电池中持续添加水溶液，电池腔体必须做成完全密封以及水溶液的泄漏会造成周围使用环境的污染或腐蚀的问题。