[发明专利]一种新型被动式微型金属空气电池

说明书

本发明公开了一种新型被动式微型金属空气电池，包括阴极盖板、空气自呼吸阴极、滤纸隔膜、金属阳极和阳极盖板；其特征在于：所述阴极盖板上设置有滴水孔和自呼吸空气阴极窗口，所述空气自呼吸阴极设置在自呼吸空气阴极窗口的下方，所述金属阳极设置在空气自呼吸阴极的下方，滤纸隔膜设置在空气自呼吸阴极和金属阳极之间，且一端延伸到滴水孔的下方；所述滤纸隔膜上浸渍有氢氧化钾；所述阳极盖板设置在金属阳极的下方；本电池利用滤纸的吸水性实现电解液的被动输运，并由浸渍了氢氧化钾的滤纸遇水形成电解液导通阴阳极而启动，使用时只需滴加纯净水即可开始运行；本发明可广泛应用在能源、等领域。

技术领域

本发明涉及金属空气电池领域，具体涉及一种新型被动式微型金属空气电池。

背景技术

微流控芯片应用于生化分析具有速度快、物耗低、污染少的优点，展现了良好的应用前景。其中基于电化学或电学原理的微型即时检测装置(POC)已成为研究开发的前沿方向。为驱动这类微型装置，通常使用较为广泛的微型电源可分为三类：第一类是一次性电池(如碱性锌锰干电池)具有成本高、体积大、资源浪费、对环境有污染等缺点；第二类是可充电电池(如可充电锂电池)，虽然可以多次循环重复使用，但具有充电时间较长、电解液对环境不友好、易发生自燃等缺点。第三类为微型燃料电池(如微型直接甲醇燃料电池)，然而其技术尚未成熟且成本较高。因此，发展一种微型化、成本低、可长期储存、环境友好的微型电池具有重要的科学和应用价值。

目前金属-空气电池存在的主要问题有：

(1)空气自呼吸阴极需要直接接触外界环境大气，从而带来的日常存放时电解液可能漏液的问题。

(2)由于自呼吸阴极暴露于空气之中使得电解液氢氧化钾溶液接触到二氧化碳发生反应变为碳酸钾发生变质提高内阻。

(3)活泼金属单质会与水发生副反应从而消耗阳极材料降低电池容量。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提出了一种新型被动式微型金属空气电池。

本发明的技术方案是：一种新型被动式微型金属空气电池，包括阴极盖板、空气自呼吸阴极、滤纸隔膜、金属阳极和阳极盖板；其特征在于：所述阴极盖板上设置有滴水孔和自呼吸空气阴极窗口，所述空气自呼吸阴极设置在自呼吸空气阴极窗口的下方，所述金属阳极设置在空气自呼吸阴极的下方，滤纸隔膜设置在空气自呼吸阴极和金属阳极之间，且一端延伸到滴水孔的下方；所述滤纸隔膜上浸渍有氢氧化钾；所述阳极盖板设置在金属阳极的下方。

针对传统金属-空气电池存放时漏液、电解液变质、阳极金属单质自反应腐蚀的问题，本发明提出了一种被动式纸基微型金属空气电池。本发明采用亲水性滤纸作为电池阴阳极之间的隔膜，并预先在滤纸前段浸渍氢氧化钾粉末；电池不工作时以干燥形式保存，电池运行时只需要向滤纸前段滴加纯净水即可溶解氢氧化钾粉末形成氢氧化钾溶液，从而在阴阳极之间建立离子通道，实现正常运行。该新型电池构型避免了传统金属-空气电池储存时存在的漏液问题，同时避免了储存时活泼金属单质与水发生副反应导致阳极腐蚀、电池性能下降的问题。

根据本发明所述的一种新型被动式微型金属空气电池的优选方案，所述空气自呼吸阴极由带整平层疏水碳纸和催化层构成。

本发明所述的一种新型被动式微型金属空气电池的有益效果是：本发明将氢氧化钾浸渍在滤纸中，以干燥形式保存，避免了传统金属-空电池因自呼吸阴极暴露于环境而导致的液态电解质漏液、电解质变质、金属电极自腐蚀的问题。

1)本电池利用滤纸的吸水性实现电解液的被动输运，并由浸渍了氢氧化钾的滤纸遇水形成电解液导通阴阳极而启动，使用时只需滴加纯净水即可开始运行，特殊情况也可以使用唾液、尿液等液体，原料在日常生活中随处可得。

2)采用空气作为氧化剂，无需其它氧化剂，简化了结构，有效降低了电池运行成本。