[发明专利]设有辅助电极的可再充金属氢化物空气电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种空气电池，具体地说，是一种设有辅助电极的可再充金属氢化物空气 电池。

背景技术

空气电池的发明已经有上百年的历史，1878年法国科学家L.梅谢在锌锰电池中用含 铂的多孔性炭电极代替二氧化锰，首次开发出了锌空气电池的技术。1917年法国科学家 C.费里用活性炭代替铂以吸收氧，达到了锌空气电池的实用化。1932年G.W.海泽与E.A. 舒梅赫尔发表了采用碱性电解液的锌空气电池。60年代由于对宇航用常温燃料电池的氧电 极的研究得到了很大的成功，大功率锌空气电池的开发才达到了实际应用阶段。70年代中 期发展了微型纽扣式锌空气电池。1995年以色列电燃料(Electric Fuel)有限公司首次 将锌空气电池用于电动车上，使得空气电池进入了实用化阶段。美国Dreisback Electromotive公司以及德国、法国、瑞典、荷兰、芬兰、西班牙和南非等多个国家也都 在电动车上积极地推广应用锌空气电池。

锌空气电池是以空气中的氧气作为正极活性物质，并通过载体活性碳做成的电极与以 锌为活性物质的负极进行反应的电池，它以KOH溶液或NH₄Cl作电解液。在正极空气中的 氧通过扩散到达空气电极反应界面参加电化学反应产生电流，氧被消耗后，再不断从空气 中吸收新鲜氧气，继续产生电流。由于正极反应活性材料氧是来源于电池本体之外的空气， 是取之不尽，用之不竭，因此，只要有充分的负极材料锌和电解液的存在，理论上说空气 正极就可以不断地工作下去，锌空气电池的这一特点，显示了它的高比能量的优势，长期 以来引起人们极大兴趣。随着锌空气电池在技术上的逐步完善，锌空气电池潜力逐渐开发 出来，应用面逐渐扩大，不仅在通讯机、航标灯、海洋浮标等设备上得到应用，而且大量 进入日常领域，如助听器、电子表、计算器等。

但是传统空气电池如锌空气电池均属于一次电池，放电完了，如果不更换负极材料， 空气电池就不能再使用。自20世纪60年代至今，人们曾对机械再充式、第三电极、混合 氧电极、双功能氧电极和循环活性物质与电解液等多种充电方法进行了探索，均未获得满 意的结果。其中第三电极充电法可以使用“第三电极”作为辅助电极直接给锌空气电池的 锌电极充电，但不参加放电。这种充电方法可避免充放电对电极憎水性的不同要求，但锌 空气电池容易被充电时产生的锌枝晶引起电池短路和多次充电后锌电极发生形变造成空 气电池使用次数的降低。为了解决上述问题，增加空气电池使用次数，就必须使用不会产 生枝晶的负极材料。

储氢金属是可再充电镍氢电池中的负极材料。它是一种具有高度活性，在电子的作用 下可将水中的氢还原成氢原子并储存到储氢金属的点阵中形成金属氢化物。由储氢金属为 负极，氢氧化镍为正极构成镍氢电池。充电时，在碱性溶液中分别发生电化学反应：

负极：M+xH₂O+xe^-→MH_x+xOH^-              (1)

正极：Ni(OH)₂+OH^-→NiOOH+H₂O+e^-         (2)

其电池反应为：M+xNi(OH)₂→MHx+xNiOOH    (3)

以上反应式中，M代表储氢金属。这种电池能够储存电能，在需要的时候可通过上述 反应的逆反应，将储存在正、负极中的化学能转变成电能释放出来。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种具有使用寿命长，设有辅助电极的可再充金属氢 化物空气电池。

为解决上述技术问题，本发明中的设有辅助电极的可再充金属氢化物空气电池，以阳 离子交换膜、阴离子交换膜或聚丙烯膜作为隔膜隔断负极与正极，还设有辅助电极。

空气电池的横向结构依次为：具有氧气排出通路的辅助电极集电体、涂覆了辅助电极 催化剂的载体、辅助电极隔膜、多孔负极、隔膜、涂覆了正极催化剂的载体、具有空气通 路的正极集电体，并以密封圈实现密封；空气电池的正极端子由正极集电体引出，负极端 子由多孔负极引出，辅助电极由辅助电极集电体引出；多孔负极中加载储氢金属作为负极 材料，并以氯化铵水溶液、KOH溶液、NaOH溶液或氯代烷基咪唑离子液体为电解液，电 解液的浓度为1～6摩尔/升，被吸收于多孔负极中；