專利名稱：陶瓷電池結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種陶瓷電池結(jié)構(gòu)，特別是指一種可多組串接的陶瓷電池結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
目前市面上實用或開發(fā)中的蓄電池大體上分為鉛酸蓄電池、鎳鎘堿蓄電池、鎳氫堿蓄電池、鎳鐵堿蓄電池、鋰二次電池等，其中又以鉛酸蓄電池使用上最廣泛，鎳鎘堿蓄電池次之。鉛酸蓄電池(Lead-Acid Battery)電極板由鉛所制成，電解液為硫酸和水依不同比率調(diào)配，為開發(fā)最早使用最多的蓄電池。與其它蓄電池比較，雖然能量密度較差，壽命較短，但是在價格上最為低廉。目前利用材料的改善配合現(xiàn)有技術(shù)以提高性能作為研究方向，以期未來仍能實用。鎳鎘堿蓄電池(Nickel-Cadmium Battery, Ni-Cd Battery)正極板為鎳氧化合物，負(fù)極板為鎘化合物的活性材料，電解質(zhì)使用堿性水溶液，為繼鉛酸蓄電池之后已實用化的蓄電池。其具有能量密度較高、壽命較長、放電性能強、保養(yǎng)容易等優(yōu)點，而被加以應(yīng)用，中國臺灣的電廠也將原有的鉛酸蓄電池更換為鎳鎘堿蓄電池。鎳氫堿蓄電池 (Nickel-Metal Hydride Battery, Ni-MH Battery)正極板為鎳氧化物，負(fù)極板為金屬氫化物，電解質(zhì)使用堿性水溶液。其比鎳鎘堿蓄電池有較高的能量密度，且不使用會造成環(huán)境污染的鎘，所以頗受重視，尤其是在生活用小型電池方面，其使用量快速增加。鎳鐵堿蓄電池(Nickel-Iron Battery)又稱為愛迪生電池，正極板為鎳氧化合物，負(fù)極板為鐵化合物， 電解質(zhì)使用堿性水溶液，其雖然比鉛酸蓄電池有較好的低溫性，但是由于內(nèi)電阻值較高，密閉化較困難，補水作業(yè)麻煩等缺點，所以僅適用于較寒冷的地區(qū)。鋰二次電池大部分的商業(yè)電池需有水溶液當(dāng)電解質(zhì)，但由于鋰與水會產(chǎn)生劇烈反應(yīng)，所以不使用水溶液電解質(zhì)。鋰電池具有能量密度高、體積小、重量輕、貯藏性與耐漏性佳、壽命長及較大的溫度使用空間等優(yōu)點，目前多使用于微型計算機、小型醫(yī)療器、通信機、IC卡、計測器等小型設(shè)備。如何提高蓄電池使用壽命且又不存在污染問題，為本領(lǐng)域亟待解決的難題。

實用新型內(nèi)容有鑒于此，本實用新型的目的在于提供一種陶瓷電池結(jié)構(gòu)。為了達成上述目的，本實用新型提供一種陶瓷電池結(jié)構(gòu)，所述陶瓷電池結(jié)構(gòu)包括有金屬外殼，其分隔成上容室與下容室，下容室盛裝有硫璜，上容室置有鈉槽，上容室與下容室間具有相通開口，并在開口處設(shè)有Na- β -Al2O3管體；鈉槽，其盛裝有金屬鈉，頂端密封于蓋體，在金屬外殼開口處相對設(shè)有開口 ；Na-β-Al2O3管體，其開口端高于鈉槽底部，底端封閉插置于下容室中；正極板，其由引出，作為正電極；負(fù)極板，其由Na-β-Al2O3管體引出，作為負(fù)電極；如此即構(gòu)成陶瓷電池結(jié)構(gòu)，使用時可根據(jù)實際需要多組串聯(lián)使用。本實用新型的上述β -Al2O3是一種Al2O3含量很高的多鋁酸鹽礦物，是一種不純的氧化鋁。它的化學(xué)組成可以近似地用RO ·6Α1203和· IlAl2O3來表示(R0指堿土金屬氧化物，指堿金屬氧化物)。其結(jié)構(gòu)由堿金屬或堿土金屬離子如[NaO]-層和[Al11O12] +類型尖晶石單元交疊堆積而成，氧離子排列成立方密堆積，Na+完全包含在垂直于C軸的松散堆積平面內(nèi)，在這個平面內(nèi)可以很快地擴散，呈現(xiàn)離子型導(dǎo)電。對于β_Α1203陶瓷，β-Α1203是一種多鋁酸鹽，由鋁氧復(fù)合離子和堿、堿土或某些一價、二價陽離子所組成的一系列化合物。 本實用新型所運用的是含鈉 β -Α1203、β -Al2O3 (Na2O · IlAl2O3)、β “ -Al2O3 [Na2O · (0. 5 7)Al2O3]。Na-β-Al2O3的晶體結(jié)構(gòu)實際上是由鋁氧基塊和鈉氧層交疊組成。氧離子以ABCA 的層次按最緊密堆積的方式堆積成致密層，Al3+在由氧離子組成的四面體的空隙。密置層之間是[Na]_層，[Na]_層之間通過Al-O-Al聯(lián)接起來。其間致密層的原子配置與尖晶石結(jié)構(gòu)相似，所以又叫做“類晶石基塊”。一個Na-i3-Al203晶胞包括兩個這樣的“類晶石基塊”。在基塊與基塊之間排列著較為松散的鈉氧層。而且鈉氧層的上下方各有一個鋁原子， 在基塊之間起連接作用，并形成鋁氧橋O3-ai-O-AI-O3。由于上述的結(jié)構(gòu)特點，在密堆積的基塊中，離子運動是比較困難的，而在松散的鈉氧層中，鈉離子的半徑與氧離子的相比要小得多，所以鈉離子在松散層中可以進行移動、擴散、離子交換。事實上，鈉離子不能在結(jié)晶C 軸方向移動，即不能通過立方密堆積的氧離子層間C軸方向移動。而鈉離子只能在二個類晶石基塊中間的[Na0]_擴散層移動，也就是說，Na-β-Al2O3導(dǎo)電性是由鈉離子在垂直于C 軸的[Na0]_層平面內(nèi)移動產(chǎn)生的。在適當(dāng)條件下，它具有很高的離子電導(dǎo)。例如在300°C 時，鈉離子擴散系數(shù)可達lX10-5Cm2/S，電導(dǎo)率達3X10_3S/m。本實用新型的陶瓷電池結(jié)構(gòu)，當(dāng)其加熱至工作溫度時(如100 500°C )，鈉和硫都溶解成流動性的液體。從鈉和硫中所分別引出的金屬負(fù)極板和金屬正極板(如使用銅金屬)，在液態(tài)鈉和金屬銅電極之間發(fā)生電子交換，每個鈉原子放出一個電子給負(fù)電極的金屬負(fù)極板上，而鈉原子變成鈉離子，由于它能通過Na-β-Al2O3管體而進入硫溶液。在硫磺與正極板接觸處，硫得到2個電子而成硫離子，于是與鈉離子反應(yīng)生成硫化鈉。當(dāng)回路接通后，金屬鈉不斷地變成鈉離子，通過Na- β -Al2O2管體而進入下容室硫溶液。因此 Na-^-Al2O2管體內(nèi)儲存的鈉不斷減少，硫化鈉不斷增加，直到全部用完為止。如果繼續(xù)使用本實用新型的陶瓷電池結(jié)構(gòu)，也需要進行充電。這時的過程正好與上面相反，鈉離子通過 Na- β -Al2O3管體管壁回到管內(nèi)，并以金屬電極板上得到電子形成金屬鈉，直到硫化鈉中的鈉回到Na-β-Al2O2管體內(nèi)為止，充電也就結(jié)束。如同鉛酸電池一樣不斷使用，本實用新型的陶瓷電池結(jié)構(gòu)這樣循環(huán)約可達1000次。其壽命是鉛酸電池壽命的5倍，而且不存在污染問題。本實用新型由于使用的鈉、硫均為輕元素，具有高值的反應(yīng)能及材料低廉等優(yōu)點， 與鉛酸電池相較，具有較長的壽命且不存在污染的問題。

圖1為本實用新型實施例立體剖示圖；圖2為本實用新型實施例多組串聯(lián)使用立體剖示圖。主要組件符號說明金屬外殼-1;上容室-10 ；下容室-11 ；開口 -12 ；[0018]鈉槽-2；蓋體-20 ；開口 -21 ；Na-β-Al2O3 管體-3 ；正極板-4 ；負(fù)極板_5。
具體實施方式
為達成本上述的各項目的以及功效，下面將結(jié)合實施例和附圖說明如后，使得本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)以下所述能夠?qū)嵤┍緦嵱眯滦?。首先，請參閱圖1的本實用新型立體剖示圖，由圖可知本實用新型提供的陶瓷電池結(jié)構(gòu)包括有金屬外殼1，其分隔成上容室10與下容室11，下容室11用來盛裝硫璜，上容室10 則置有鈉槽2，上容室10與下容室11間具有相通開口 12，并在開口處設(shè)有Na-β-Al2O3管體3 ；鈉槽2，其用來盛裝金屬鈉，頂端以蓋體20密封，在金屬外殼開口 12處相對設(shè)有開 Π 21 ；Na-β-Al2O3管體3，其開口端略高于鈉槽2底部，底端封閉插置于下容室11中；正極板4，其由下容室11引出，作為正電極；負(fù)極板5，其由Na- β -Al2O3管體3引出，作為負(fù)電極；如此即構(gòu)成陶瓷電池結(jié)構(gòu)，可根據(jù)實際需要多組串聯(lián)使用，圖2所示為多組串聯(lián)使用立體剖示圖。本實用新型提供的陶瓷電池結(jié)構(gòu)，當(dāng)加熱至工作溫度時(如100 500°C )，鈉槽2 內(nèi)的鈉和下容室11內(nèi)的硫都溶解成流動性的液體。從鈉和硫中所分別引出的金屬負(fù)極板 5和金屬正極板4，在液態(tài)鈉和金屬負(fù)極板5之間發(fā)生電子交換，每個鈉原子放出一個電子給負(fù)電極的金屬負(fù)極板5上，而鈉原子變成鈉離子，由于它能通過Na-β -Al2O3管體3而進入硫溶液。在硫磺與金屬正極板4接觸處，硫得到2個電子而成硫離子，于是與鈉離子反應(yīng)生成硫化鈉。當(dāng)回路接通后，金屬鈉不斷地變成鈉離子，通過Na-^-Al2O2管體3而進入下容室11硫溶液。因此Na-β -Al2O2管體3內(nèi)儲存的鈉不斷減少，硫化鈉不斷增加，直到全部用完為止。如果繼續(xù)使用本實用新型的陶瓷電池結(jié)構(gòu)，也需要進行充電。這時的過程正好與上面相反，鈉離子通過Na-β -Al2O3管體3回到管內(nèi)，并以金屬負(fù)極板5上得到電子形成金屬鈉，直到硫化鈉中的鈉回到Na-^-Al2O2管體3內(nèi)為止，充電也就結(jié)束。如同鉛酸電池一樣不斷使用，本實用新型的陶瓷電池結(jié)構(gòu)這樣循環(huán)約達1000次。其壽命是鉛酸電池壽命的5倍，而且不存在污染問題。本實用新型由于使用的鈉、硫均為輕元素，具有高值的反應(yīng)能及材料低廉等優(yōu)點， 與鉛酸電池相較，具有較長的壽命且不存在污染問題。以上所述，僅為本實用新型的較佳實施例，并非用以限制本實用新型的范圍，故舉凡本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員運用本實用新型說明書及權(quán)利要求書所作的等效結(jié)構(gòu)變化，皆應(yīng)同理應(yīng)包括于本實用新型的專利保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1. 一種陶瓷電池結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述陶瓷電池結(jié)構(gòu)包括有 金屬外殼，其分隔成上容室與下容室，下容室盛裝有硫璜，上容室置有鈉槽，上容室與下容室間具有相通開口，并在開口處設(shè)有Na- β -Al2O3管體；鈉槽，其盛裝有金屬鈉，頂端密封于蓋體，在金屬外殼開口處相對設(shè)有開口 ； Na-β-Al2O3管體，其開口端高于鈉槽底部，底端封閉插置于下容室中； 正極板，其由下容室引出，作為正電極； 負(fù)極板，其由Na- β -Al2O3管體弓丨出，作為負(fù)電極； 如此即構(gòu)成所述陶瓷電池結(jié)構(gòu)。
專利摘要本實用新型涉及一種陶瓷電池結(jié)構(gòu)，所述陶瓷電池結(jié)構(gòu)包括有金屬外殼、鈉槽、Na-β-Al2O3管體、正極板及負(fù)極板，所述金屬外殼分隔成上容室與下容室，下容室盛有硫璜，上容室置有鈉槽，鈉槽內(nèi)盛有金屬鈉，頂端密封于蓋體，金屬外殼的上容室與下容室間具有相通開口，鈉槽在金屬外殼開口處相對設(shè)有開口，并在開口處設(shè)有Na-β-Al2O3管體，所述Na-β-Al2O3管體開口端高于鈉槽底部，底端封閉插置于下容室中，所述下容室還設(shè)有金屬正極板，Na-β-Al2O3管體中設(shè)有金屬負(fù)極板，如此即構(gòu)成陶瓷電池單元，本實用新型的陶瓷電池結(jié)構(gòu)，使用時可根據(jù)實際需要多組串聯(lián)使用，與鉛酸電池相較，具有較長的壽命，且不存在污染問題。
文檔編號H01M10/38GK201966299SQ201120001410
公開日2011年9月7日 申請日期2011年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月5日
發(fā)明者莊育豐 申請人:莊育豐