一種環(huán)保環(huán)境可調(diào)式氧-金屬電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種消耗氧氣和金屬的氧-金屬電池，具有環(huán)保、環(huán)境可調(diào)的特點。這里氧-金屬電池包含空氣電池。
【背景技術(shù)】
[0002]電池的出現(xiàn)大大方便了室外作業(yè)的電力供應(yīng)，人們相繼開發(fā)出了鉛蓄電池、鎳氫蓄電池、鋰離子電池、聚合物鋰電池、燃料電池等電池。但由于它們有著像“電壓低、不宜放電過度、環(huán)境不友好、原材料稀少、價格高、對基礎(chǔ)設(shè)施依賴高、不安全、循環(huán)次數(shù)較少”等或多或少的問題，空氣電池雖然克服了上述問題，但具有嚴重極化、滲液、自放電、催化劑不穩(wěn)定、發(fā)熱嚴重等問題。因此，研發(fā)一種更加新型的電池變得很有必要。
[0003]氧-金屬電池是利用金屬的氧化產(chǎn)生的化學(xué)能發(fā)電的方式，總反應(yīng)是金屬和氧反應(yīng)生成金屬氧化物。由于氧-金屬電池只要求了電池反應(yīng)的原料是金屬和氧，并沒有限制金屬的形態(tài)、純度，氧的存在形態(tài)也可以是不同壓力的純氧、空氣中的氧氣、含氧試劑中的氧，它的范圍比空氣電池更加廣泛。純金屬氧化的理論比能量高，如招達到8100Wh/kg，遠遠大于現(xiàn)有鉛蓄電池的理論比能量值170Wh/kg，而且原料豐富、環(huán)境友好、配套設(shè)施依賴低，因此是一種極具潛力的電池。
[0004]目前通過專利、非專利文獻檢索及市場調(diào)研，尚未發(fā)現(xiàn)使用高壓氣體的氧-金屬電池。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的:為了克服現(xiàn)有電池基礎(chǔ)設(shè)施依賴高、環(huán)境不友好、原料稀有等缺陷，改善空氣電池諸多問題，發(fā)明了一種環(huán)境可調(diào)式電池，該電池原材料簡單易得、環(huán)境友好、設(shè)施依賴低，且能量密度高，調(diào)控自由度大，適用性廣泛。
[0006]本發(fā)明所使用的技術(shù)方案是:一個可密閉箱體作為環(huán)境調(diào)節(jié)箱，內(nèi)部放置電池主體，電池主體為金屬陽極與惰性陰極及相應(yīng)電解質(zhì)溶液組成的氧-金屬電池。金屬為Al、Fe、Mg、Zn、L1、Ca、T1、Mn的金屬單質(zhì)、晶態(tài)或非晶態(tài)合金；電解質(zhì)溶液為濃度O?lOmol/L的陰陽離子型化合物水溶液，陽離子為鈉離子、鉀離子、銨根離子，陰離子為氯離子、氫氧根離子、碳酸根離子、碳酸氫根離子、硫酸根離子、硫酸氫根離子、硝酸根離子的一種或幾種。環(huán)境調(diào)節(jié)箱通過外接氣栗和氣罐調(diào)節(jié)箱內(nèi)的各種氣體分壓，使各氣體的分壓能在OPa (不含)?1Mpa變化；環(huán)境調(diào)節(jié)箱通過制冷和制熱調(diào)節(jié)內(nèi)部溫度。根據(jù)亨利定律，在壓強不太高時，平衡狀態(tài)下水溶液中溶解氣體的濃度與氣體分壓成正比，與溫度成負相關(guān)，故可以通過調(diào)節(jié)氣氛和溫度來調(diào)整電池電解質(zhì)溶液的溶解氣體成分和溫度。
[0007]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點是:
[0008]1.該電池的總反應(yīng)是金屬與氧氣反應(yīng)生成金屬氧化物，本質(zhì)是金屬元素的燃燒，理論比能量最高可達13300Wh/kg (如鋰)，遠高于鉛蓄電池的理論比能量170Wh/kg ；
[0009]2.金屬用完后可以進行機械式更換，無需充電，簡單迅速；
[0010]3.金屬材料的補充可以通過超市、便利店出售的方式，無需大規(guī)?；A(chǔ)設(shè)施；
[0011]4.整個電池不含污染源，電池不用時，可以直接將氧氣、二氧化碳、氮氣排放到大氣中，環(huán)境友好，材料豐富易得；
[0012]5.環(huán)境調(diào)節(jié)箱可以隔絕內(nèi)部電池與外界環(huán)境，使得電池的工作不受外部氣氛的影響；
[0013]6.環(huán)境調(diào)節(jié)箱可以調(diào)控內(nèi)部溫度，使得電池的工作不受外部溫度的影響；
[0014]7.環(huán)境調(diào)節(jié)箱可以調(diào)控內(nèi)部氣氛，改變內(nèi)部氧氣、二氧化碳、氮氣的分壓，以此來調(diào)節(jié)電解質(zhì)溶液中氣體的溶解量，借助二氧化碳的含量控制電解液的PH值和含氧量，可控性好；
[0015]8.環(huán)境調(diào)節(jié)箱可以調(diào)控內(nèi)部溫度，改變電解液中氧氣、二氧化碳、氮氣的濃度，以此來調(diào)節(jié)電解液的PH值和氧含量。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡圖。
[0017]圖中1.環(huán)境調(diào)控箱箱體，2.溫度調(diào)控器，3.氣氛調(diào)控器，4.電池主體，5.金屬陽極，6.惰性陰極，7.電解質(zhì)溶液，8.導(dǎo)線
[0018]圖2為Imm厚Mg66Zn3(]Ca#晶合金板的X射線衍射圖譜。
【具體實施方式】
[0019]本發(fā)明構(gòu)造為一個可密閉箱體作為環(huán)境調(diào)節(jié)箱，配有溫度調(diào)控器和氣氛調(diào)控器，內(nèi)部放置電池主體，電池主體為金屬陽極與惰性陰極及相應(yīng)電解質(zhì)溶液組成的氧-金屬電池；環(huán)境調(diào)節(jié)箱通過溫度調(diào)控器和氣氛調(diào)控器調(diào)節(jié)箱內(nèi)的溫度和各種氣體分壓，使之穩(wěn)定在設(shè)定值。本發(fā)明可廣泛應(yīng)用于車輛、野外、深海的能源供應(yīng)。
[0020]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0021]實施例1:
[0022]在圖1中，環(huán)境調(diào)控箱箱體I為可密閉容器，內(nèi)部安裝有溫度調(diào)控器2和氣氛調(diào)控器3，使用時將電池主體4放到環(huán)境調(diào)控箱箱體I內(nèi)，插入插入4cm長、2cm寬、2mm厚的1060招合金板金屬陽極5和和5cm長、2cm寬、3mm厚的石墨板惰性陰極6，并倒入4mol/L的K2CO3電解質(zhì)溶液7，金屬陽極5和惰性陰極6用導(dǎo)線8連接后引出環(huán)境調(diào)控箱連接外部負載。溫度調(diào)控器2設(shè)定溫度值在25°C，氣氛調(diào)控器3設(shè)定氧氣分壓為21kPa，氮氣分壓為78kPa，二氧化碳分壓為OkPa，隨時監(jiān)測內(nèi)部的溫度和氣體分壓值，并通過反饋穩(wěn)定在設(shè)定值，用萬用表測得開路電壓為1.6V，電流為16mA。
[0023]實施例2:
[0024]在圖1中，環(huán)境調(diào)控箱箱體I為可密閉容器，內(nèi)部安裝有溫度調(diào)控器2和氣氛調(diào)控器3，使用時將電池主體4放到環(huán)境調(diào)控箱箱體I內(nèi)，插入插入5cm長、3mm直徑99.99%純度的招棒金屬陽極5和和5cm長、2cm寬、3mm厚的石墨板惰性陰極6，并倒入4mol/L的NaCl電解質(zhì)溶液7，金屬陽極5和惰性陰極6用導(dǎo)線8連接后引出環(huán)境調(diào)控箱連接外部負載。溫度調(diào)控器2設(shè)定溫度值在15°C，氣氛調(diào)控器3設(shè)定氧氣分壓為0.1MPa，氮氣分壓為78kPa，二氧化碳分壓為OkPa，隨時監(jiān)測內(nèi)部的溫度和氣體分壓值，并通過反饋穩(wěn)定在設(shè)定值，用萬用表測得開路電壓為1.4V，電流為54mA。純鋁的理論比能量為8100kWh/kg
[0025]實施例3:
[0026]在圖2中，Imm厚Mg66Zn30Ca4非晶合金板的X射線衍射圖譜為漫散射峰，表