[发明专利]金属-水-空气电池

说明书

本发明公开了一种金属‑水‑空气电池，其包括：隔膜；金属腔和水电极腔，分别设置在隔膜两侧并形成封闭的空间，其中，水电极腔内装有水；金属负极和水电极，对应设置于金属腔和水电极腔内，并分别紧贴隔膜；储氢器，通过第一管道与水电极腔相连；以及燃料电池，通过第二管道与储氢器相连。相对于现有技术，本发明金属‑水‑空气电池能量密度高、续航里程长、存储和运输方便、可快速充电。

技术领域

本发明属于电池领域，更具体地说，本发明涉及一种金属-水-空气电池。

背景技术

金属-空气电池，尤其是锂-空气电池的能量密度远高于目前的锂离子电池的能量密度，完全可以跟内燃机的油气系统相媲美，考虑到电池的能量效率远远高于内燃机，锂-空气电池汽车的续航里程理论上可以远超传统汽车。但是，实际条件下，锂-空气电池反应并不能彻底进行，反应过程中会产生过氧化锂，浪费了很大一部分的可用能源。此外，反应生成的氧化物容易堵塞气体电极，使得反应过程被迫中断，无法发挥其大能量密度优势。同时，由于空气电极的极化过电位非常高，一方面限制了反应动力学，另一方面造成了很大的能量浪费，使得锂-空气电池的大能量密度优势大打折扣，难以提升功率密度。

有鉴于此，确有必要提供一种能量密度高、续航里程长、存储和运输方便、可快速充电的金属-水-空气电池。

发明内容

本发明的发明目的在于：克服现有技术的不足，提供一种能量密度高、续航里程长、存储和运输方便、可快速充电的金属-水-空气电池。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种金属-水-空气电池，包括：

隔膜；

金属腔和水电极腔，分别设置在隔膜两侧并形成封闭的空间，其中，水电极腔内装有水；

金属负极和水电极，对应设置于金属腔和水电极腔内，并分别紧贴隔膜；

储氢器，通过第一管道与水电极腔相连；以及

燃料电池，通过第二管道与储氢器相连。

本申请的发明人经过大量实验研究，通过把难以发生的一步反应(金属-空气电池反应，)转换为两步相对更容易的反应(金属-水反应和燃料电池反应，如和)，重新设计了一种金属-水-空气电池，可以有效克服传统金属-空气电池的所有缺陷，实现电池的高效和高能量密度。

通常情况下，电极反应都是多相反应，以气体电极为例，反应的活性位点在三相界面处，即电极、电解质和反应气体的接触位点。这种基于三相位点的电极体系有一个非常明显的缺陷：反应的活性位点非常有限，限制了电极反应的动力学。但如果把电极设计成体相式，使得整个电极都为反应活性区，电极的反应动力学将会得到极大的改善，同时也会明显降低反应过电位。

作为本发明金属-水-空气电池的一种改进，所述第一管道中间设置有防水透气膜和第一单向阀。

作为本发明金属-水-空气电池的一种改进，所述第一管道上还设置有第一调节阀，且第一管道上设置有旁通第一调节阀和第一单向阀的旁路管线，旁路管线上设置有第二单向阀和第二调节阀。

作为本发明金属-水-空气电池的一种改进，所述第二管道上设置有第三调节阀。

作为本发明金属-水-空气电池的一种改进，所述金属腔内注入有电解液。

作为本发明金属-水-空气电池的一种改进，所述金属负极为金属锂、钠、钾、镁、铝或铁负极，所述隔膜为具有相应金属离子传导能力同时又能阻断电子通路的固态电解质隔膜。即当金属负极为金属锂负极时，所述隔膜为具有锂离子传导能力的固态电解质隔膜；当金属负极为金属钠负极时，所述隔膜为具有钠离子传导能力的固态电解质隔膜，如Na_1+xZr₂P_3-xSi_xO₁₂(0≤x≤3)材料隔膜。