[发明专利]一种具有可转动气体电极的电池

说明书

本发明提供了一种电池，包括可转动的气体电极；所述电池包括气体参与电极反应的电池。本发明特别采用了具有可转动的气体电极，作为此类采用气体作为电极活性物质的电池的电极。本发明提供的电池中，电极的转动可以促进电池的充放电过程，不仅能有效减缓气体电极被放电产物所淹没或钝化；而且还能大大促进电池里物质的传输过程。本发明提供的电池具有更好的性能，如更快的倍率性能，更大的放电容量等。

技术领域

本发明属于以气体作为电极活性物质的电池或电化学池技术领域，涉及一种电池，尤其涉及一种具有可转动气体电极的电池。

背景技术

电能是保障现代人们生活的一种重要能源形式，而电池作为电能的一种重要载体，需要不断提升的能量密度来满足可移动用电设备不断提升的功耗。目前，在手机、电动车等设备中使用最广泛的是锂离子电池，然而即使将锂离子电池的能量密度提升到其理论极限，也只能达到300瓦时每公斤左右的水平，这仍然是远远不够的。因此，开发新的能量密度更高的电池就非常有意义。

在新开发出来的一系列电池中，使用气体作为电极活性物质的电池在重量能量密度上无疑是非常有优势的，如氢氧燃料电池、金属空气电池等。以质子交换膜氢氧燃料电池(PEMFC)以及锂空气电池为例，对这两种电池进行简要介绍：

PEMFC，质子交换膜燃料电池中的正负极反应式分别如下式所示：

阳极：H₂→2H⁺+2e^-

阴极：

电池的正负极都是由多孔电极负载上催化层构成的，正负极之间是一层只能传导质子的聚合物薄膜。电池的阳极(也就是负极)侧通入氢气而电池的阴极侧通入氧气。在放电的过程中，负极侧的氢气失去电子生成氢离子(也就是质子)，通过质子交换膜向正极传输，在正极上与氧气、电子相互作用生成水分子，同时向外放出电能。整个电池中的水既不能太多也不能太少，当水太少时将会严重降低质子交换膜的电导率，增大电池内阻；而水太多时将会淹没气体电极，使氢气氧气等物质不能有效的传输到催化层发生反应。当电池大电流放电时后者是一个非常严重的问题。

锂空气电池：锂空气电池现在还在实验室阶段，并没有商业化的产品。目前报道的大部分锂空电池以锂片为负极，玻璃纤维膜或者一些聚烯烃为隔膜，正极则使用负载导电炭黑的碳纸。电池放电时，负极的锂金属失去电子生成锂离子进入电解液中，而正极侧的氧气得到电子被还原的同时与电解液中的锂离子相互作用，最终生成过氧化锂(大部分锂空气电池中是该产物)。而在充电过程中，正极侧的过氧化锂失去电子发生分解生成氧气与锂离子，而锂离子在负极侧得到电子被还原为锂金属。现在锂空气电池面对的主要问题是放电产物难以分解带来的循环问题，以及电池倍率性能极差，只能以很小的电流密度放电。

但是目前，这类电池的倍率性能是制约其应用的关键。因此，如何设计得到更适宜的此类采用气体电极的电池，提升其倍率性能，已经成为领域内众多前沿科研人员广为关注的焦点之一。

因而，在这些电池中，气体电极无疑对电池的性能有着决定性的作用。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种电池，特别是一种具有可转动气体电极的电池。本发明提供的电池中特别采用了转动气体电极的设计，能够提高电池倍率性能和放电容量，而且设计简单方便，易于实现。

本发明提供了一种电池，包括可转动的气体电极；

所述电池包括气体参与电极反应的电池。

优选的，所述气体电极包括正极/或负极；

所述电池为采用气体作为电极活性物质的电池；

所述电池包括金属空气电池或氢氧燃料电池。

优选的，所述气体电极的电极材料，至少部分与气体接触，至少部分与电解液接触；