[发明专利]金属/空气电池组

说明书

本发明涉及金属/空气电池组的结构及其应用。

金属/空气电池组借助于活性金属阳极通过电池内适当的电解质对空气阴极的电化学耦合而产生电力。正如在本技术领域众所周知的，空气阴极是一种特有的薄片状部件，具有分别暴露在大气中和电池的含水电解质中的相对的两表面，在电池工作期间，大气中的氧便溶解于电解质中，而使阳极的金属氧化，向连接在阳极和阴极之间的外部电路提供可用的电流。空气阴极必须可透过空气而基本上又是疏水性的（以使含水电解质不致通过其渗漏），而且必须装有一个导电元件，用于连接外部电路，例如，在当今的实际商品中，空气阴极通常是由活性炭（加有或不加促进溶解的催化剂）构成的，该活性炭含有磨细的疏水性聚合材料，并装有作为导电元件的金属筛网。现已使用了或正打算使用各种各样的阳极金属，在这类金属中，铝合金和镁合金被认为在实际应用中具有特殊的优点，因为它们成本低，重量轻，并能在采用中性电解质诸如海水或其它含水盐溶液的金属/空气电池组中用作阳极。因此，作为更加具体的例子，一个示意性的铝/空气电池包括一个含有水和盐的电解质本体，一个片状空气阴极，其一个表面暴露在电解质中，另一个表面暴露在空气中，以及一个铝合金阳极元件（例如一块平板），该阳极面对着暴露在电解质中的阴极表面，并相隔一定距离地浸渍在电解质中。这种电池的放电反应可以写成：

当进行该反应时，在阳极和阴极之间的空间内产生大量的氢氧化铝反应生成物（起初具有胶体样粘稠性），最终影响了电池的工作，这就需要定期进行清理并更换电解质。当基本的阳极金属在电池反应中被耗尽时，电池的再充电是通过补充铝阳极来机械地实现的。

金属/空气电池组只要它们不被电解质激活实际上具有无限的自存放寿命，因此非常适合于作为备用或应急电源使用。例如，一种应急灯或信号灯可用诸如铝/空气电池这样的金属/空气电池来构造。而且独立的电解质电解槽可与电池一起贮存，或在其打算使用的场合内能容易获得。当出现需要使用应急灯的情况时，用户只要激活金属/空气电池（通过把电极浸入电解质中）就能使用灯了。

任何一个用户都能懂得，带有无限贮存寿命电池的信号灯比用一般干电池作电源的信号灯要可靠得多，因为后者的电池随着自存期延长而性能趋于变坏。在应急时拿来一个以干电池为电源的信号灯，只会发现电池组的放电情况已经变坏了。这是一种许多人都经历过的挫折。用金属/空气电池电源的信号灯就避免了这类问题。因为直到电池被灌以电解质之前，电池是不会消耗的。

诸如镁或铝空气电池这类单个金属/空气电池的电压等于或小于信号灯或其它用处所需的电压，对于这种情况以及其它场合，可以把多个电池串联连接（一般是两个），多个电池单体的金属/空气电池组所希望的特性包括结构简单和紧凑，对非本领域的用户也易于进行激活操作（使电极与电解质接触），并能避免电流流过不同电池单体的相同极性电极间的电解质。

对应急场合下由金属/空气电池组供电的信号灯的要求是在WataKabe所著，发表在“太阳电池”第Ⅱ卷（由美国克利夫兰市的JEC出版公司于1979年出版）的“镁空气海水原电池组”中提出的。文章中公开了一种带有一对串联连接的“外流式”（inside-out）结构的电池的“永久性手电筒”，即，在一对隔开的镁阳极之间插入有一对阴极，并且相互间形成一个公共的空气空间。每个阳极-阴极对被独立的电解质空间（在外壳范围内）所包围，以防止电解质在电池组之间分流或使这种分流减至最小。正如本领域的技术人员能理解的那样，由于一对串联的金属/空气电池组单体的阳极处于不同的电位，通过电解质存在于各电池组阳极之间的电流通路，将引起不希望有的电流分流，从而大大地降低电池的效率。

上面引证的出版物，企图把所述的器件装在救生衣内应用于海上，以使电池实质上浸在海水中漂浮，海水进入在外壳上形成的入口中，对于每个电池来说，海水是分别地进入到两个电解质空间的。这些入口相隔得甚远，以减少电解质通过周围海水的分流。这种电池使用海水来作为电池组的含盐电解质，并把这种电解质分隔在两个单独的电解槽（每个电池一个）中，这样，当要激活所述电池时，只需把信号灯插入海水中即可。