[发明专利]一种基于浓度差的扩散电池

说明书

本发明涉及一种基于浓度差的扩散电池。所述基于浓度差的扩散电池包括绝缘基片、两个导电金属层、两个含有离子的金属氧化物薄膜层、电解质、封装胶和外电路；所述两个导电金属层分别位于所述绝缘基片表面，且互不接触；所述两个含有离子的金属氧化物薄膜层分别位于所述两个导电金属层表面，且互不接触；所述电解质包覆于所述两个导电金属层和两个含有离子的金属氧化物薄膜层的周围，且填充于所述两个导电金属层之间以及两个含有离子的金属氧化物薄膜层之间的空隙；所述封装胶包覆于所述电解质外围；所述外电路与所述两个导电金属层电连接。本发明具备结构简单、成本较低、安全性高的特点，在电池领域有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及电池领域，尤其涉及一种基于浓度差的扩散电池。

背景技术

传统锂离子电池被称为“摇椅式电池”，主要由正极、负极、隔膜和电解质组成，正极材料是含锂的化合物，负极通常是一种层状结构的材料，电解质也是含锂的。充电过程中，正极材料浅层的锂离子在电场作用下，从晶格脱出，插入到负极的层间空隙中；放电过程中，负极中的锂离子自发的脱出，回到正极材料中。传统锂离子电池实现充放电，一要正负极材料之间必须存在电位差，二要有电场，此外，传统锂离子电池结构中要有隔膜，用以使电池的正负极分隔开来，防止两极接触而短路。

发明内容

基于此，本发明的目的在于，提供一种基于浓度差的扩散电池，其正负极材料之间无需存在电位差且可以实现无隔膜结构。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种基于浓度差的扩散电池，包括绝缘基片、两个导电金属层、两个含有离子的金属氧化物薄膜层、电解质、封装胶和外电路；所述两个导电金属层分别位于所述绝缘基片表面，且互不接触；所述两个含有离子的金属氧化物薄膜层分别位于所述两个导电金属层表面，且互不接触；所述电解质包覆于所述两个导电金属层和两个含有离子的金属氧化物薄膜层的周围，且填充于所述两个导电金属层之间以及两个含有离子的金属氧化物薄膜层之间的空隙；所述封装胶包覆于所述电解质外围；所述外电路与所述两个导电金属层电连接。

本发明的充放电原理是：充电时，在导电金属层中的电流驱动下，位于正极薄膜层内部和电解质中的离子沿着电流方向迁移至负极薄膜层内，直至负极薄膜层无法再容纳离子，此时充电完毕；放电时，由于正负极薄膜层中离子浓度存在差异，使得离子自发地从负极薄膜层脱出扩散至电解质和正极薄膜层内，直至正负极薄膜层和电解质中的离子浓度相等，此时放电完毕。

相对于现有技术，本发明的电池正负极可以采用同一种材料，充放电过程无需存在电场和电位差，而是利用离子在正负极薄膜层之间的浓度差异进行扩散运动，实现离子不断在正负极之间来回迁移，从而实现电池的充放电效果。此外，本发明在结构上采用扁平化设计，正负极之间互不接触，距离较大，无需担心电池在使用过程中正负极触碰而引起的短路，从而实现无隔膜结构。本发明具备结构简单、成本较低、安全性高的特点，在电池领域有良好的应用前景。

进一步地，所述外电路包括充放电切换开关、电源开关、电源和用电器，所述充放电切换开关包括充电档和放电档；当所述充放电切换开关位于充电档且所述电源开关闭合时，所述两个导电金属层与电源串联形成充电回路；当所述充放电切换开关位于放电档且所述电源开关断开时，所述两个导电金属层与用电器串联形成放电回路。

进一步地，所述两个含有离子的金属氧化物薄膜层中，所述金属氧化物薄膜层的材料为氧化钨、氧化钼、氧化铌、氧化镍中的一种或多种的复合。

进一步地，所述两个含有离子的金属氧化物薄膜层中，所述离子为氢离子、锂离子、钠离子或钾离子。

进一步地，所述电解质为含有与所述两个含有离子的金属氧化物薄膜层中同种离子的液体电解质或凝胶体电解质。

进一步地，所述绝缘基片为柔性绝缘基片或刚性绝缘基片。

进一步地，所述封装胶为硅胶或塑料。