一種高效率電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
:
[0001]本實(shí)用新型涉及一種高效率電池，屬于電池技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
:
[0002]電池(battery)指盛有電解質(zhì)溶液和金屬電極以產(chǎn)生電流的杯、槽或其他容器或復(fù)合容器的部分空間。隨著科技的進(jìn)步，電池泛指能產(chǎn)生電能的小型裝置。
[0003]在化學(xué)電池中，化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔苁强侩姵貎?nèi)部自發(fā)進(jìn)行氧化、還原等化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果，這種反應(yīng)分別在兩個(gè)電極上進(jìn)行。負(fù)極活性物質(zhì)由電位較負(fù)并在電解質(zhì)中穩(wěn)定的還原劑組成，如鋅、鎘、鉛等活潑金屬和氫或碳?xì)浠衔锏?。正極活性物質(zhì)由電位較正并在電解質(zhì)中穩(wěn)定的氧化劑組成，如二氧化錳、二氧化鉛、氧化鎳等金屬氧化物，氧或空氣，鹵素及其鹽類，含氧酸及其鹽類等。電解質(zhì)則是具有良好離子導(dǎo)電性的材料，如酸、堿、鹽的水溶液，有機(jī)或無(wú)機(jī)非水溶液、熔融鹽或固體電解質(zhì)等。當(dāng)外電路斷開(kāi)時(shí)，兩極之間雖然有電位差(開(kāi)路電壓)，但沒(méi)有電流，存儲(chǔ)在電池中的化學(xué)能并不轉(zhuǎn)換為電能。當(dāng)外電路閉合時(shí)，在兩電極電位差的作用下即有電流流過(guò)外電路。同時(shí)在電池內(nèi)部，由于電解質(zhì)中不存在自由電子，電荷的傳遞必然伴隨兩極活性物質(zhì)與電解質(zhì)界面的氧化或還原反應(yīng)，以及反應(yīng)物和反應(yīng)產(chǎn)物的物質(zhì)迀移。電荷在電解質(zhì)中的傳遞也要由離子的迀移來(lái)完成。因此，電池內(nèi)部正常的電荷傳遞和物質(zhì)傳遞過(guò)程是保證正常輸出電能的必要條件。充電時(shí)，電池內(nèi)部的傳電和傳質(zhì)過(guò)程的方向恰與放電相反；電極反應(yīng)必須是可逆的，才能保證反方向傳質(zhì)與傳電過(guò)程的正常進(jìn)行。因此，電極反應(yīng)可逆是構(gòu)成蓄電池的必要條件。為吉布斯反應(yīng)自由能增量(焦)；F為法拉第常數(shù)=96500庫(kù)=26.8安?小時(shí)；n為電池反應(yīng)的當(dāng)量數(shù)。這是電池電動(dòng)勢(shì)與電池反應(yīng)之間的基本熱力學(xué)關(guān)系式，也是計(jì)算電池能量轉(zhuǎn)換效率的基本熱力學(xué)方程式。實(shí)際上，當(dāng)電流流過(guò)電極時(shí)，電極電勢(shì)都要偏離熱力學(xué)平衡的電極電勢(shì)，這種現(xiàn)象稱為極化。電流密度(單位電極面積上通過(guò)的電流)越大，極化越嚴(yán)重。極化現(xiàn)象是造成電池能量損失的重要原因之一。極化的原因有三:①由電池中各部分電阻造成的極化稱為歐姆極化；?由電極-電解質(zhì)界面層中電荷傳遞過(guò)程的阻滯造成的極化稱為活化極化；③由電極-電解質(zhì)界面層中傳質(zhì)過(guò)程遲緩而造成的極化稱為濃差極化。減小極化的方法是增大電極反應(yīng)面積、減小電流密度、提高反應(yīng)溫度以及改善電極表面的催化活性。
【實(shí)用新型內(nèi)容】:
[0004]針對(duì)上述問(wèn)題，本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種高效率電池。
[0005]本實(shí)用新型的一種高效率電池，它包含正電極、負(fù)電極、電解液、碳外殼體、發(fā)泡碳、石墨烯、碳納米管組件及碳纖維一、發(fā)泡碳、石墨烯、碳納米管組件及碳纖維二，碳外殼體的內(nèi)殼內(nèi)壁設(shè)置有發(fā)泡碳、石墨烯、碳納米管組件及碳纖維一，正電極安裝在碳外殼體內(nèi)，負(fù)電極與碳外殼體一體，碳外殼體內(nèi)設(shè)置有電解液，發(fā)泡碳、石墨烯、碳納米管組件及碳纖維二與正電極連接，所述的正電極、負(fù)電極均是由發(fā)泡碳、石墨烯層、編織式碳纖維極，發(fā)泡碳的外表面包裹有石墨烯層，編織式碳纖維極安裝在石墨烯層的上端，編織式碳纖維極將編成辮子/繩子狀，同時(shí)作為電池電極的輸出導(dǎo)線。
[0006]作為優(yōu)選，所述的正電極與負(fù)電極的中部設(shè)置有隔離板/膜，隔離板/膜將電解液分開(kāi)，其膜的作用將正負(fù)極隔開(kāi)，也可以使用海水凈化透析膜，將電解液分為甲、乙二種電解液，提高了電壓。
[0007]作為優(yōu)選，所述的電解液中添加了金屬/非金屬粉末，其可以是一種或者二種電解液。
[0008]作為優(yōu)選，所述的正、負(fù)電極為發(fā)泡碳、石墨烯、碳纖維、碳納米管。
[0009]作為優(yōu)選，所述的金屬粉末為納米末。
[0010]作為優(yōu)選，所述的正電極與負(fù)電極所附著使用的發(fā)泡碳、石墨烯、碳纖維、碳納米管均可在表面加渡金屬膜；如銀、銅、銷、絡(luò)、鈦、鋇、镲、鉬、鈷、鉬等作為集流網(wǎng)(柵)。
[0011]作為優(yōu)選，所述的正負(fù)極集流網(wǎng)(柵)上可以采用同一種或者多種活性物質(zhì)，如銀粉或者上述金屬粉末或非金屬粉壓制的電極，如Ag電極，鋅電極等電鍍或未電鍍的集流柵。
[0012]作為優(yōu)選，所述的碳纖維、發(fā)泡碳、石墨烯各做為正、負(fù)極板/柵，中部及外部有尼龍或塑料隔膜隔開(kāi)，加注電解液，也可選擇尼龍或塑料尼龍或塑料作為外密封閉，由石墨烯、碳纖維引出為正負(fù)極接線。
[0013]本實(shí)用新型的有益效果為:提高了耐用性，降低了成本，同時(shí)減輕了重量和避免了電解液腐蝕，延長(zhǎng)使用壽命。
【附圖說(shuō)明】
:
[0014]為了易于說(shuō)明，本實(shí)用新型由下述的具體實(shí)施及附圖作以詳細(xì)描述。
[0015]圖1為本實(shí)用新型中電池的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2為本實(shí)用新型中密封封裝的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖3為本實(shí)用新型中帶有隔離板的電池結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖4為本【具體實(shí)施方式】中電池充電示意圖；
[0019]圖5為本【具體實(shí)施方式】中電池放電示意圖；
[0020]圖6為本實(shí)用新型中電極的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖7為本【具體實(shí)施方式】中電極的另一種結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖8為本【具體實(shí)施方式】中三文治型軟薄膜型電池的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖中:1-正電極；2_負(fù)電極；3-電解液；4_碳外殼體；5_發(fā)泡碳、石墨烯、碳納米管組件及碳纖維一 ；6_發(fā)泡碳、石墨烯、碳納米管組件及碳纖維二 ；7_隔離板膜；11_發(fā)泡碳；12-石墨烯層；13-編織式碳纖維極。
【具體實(shí)施方式】
:
[0024]為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明了，下面通過(guò)附圖中示出的具體實(shí)施例來(lái)描述本實(shí)用新型。但是應(yīng)該理解，這些描述只是示例性的，而并非要限制本實(shí)用新型的范圍。此外，在以下說(shuō)明中，省略了對(duì)公知結(jié)構(gòu)和技術(shù)的描述，以避免不必要地混淆本實(shí)用新型的概念。
[0025]如圖1-8所示，本【具體實(shí)施方式】采用以下技術(shù)方案:它包含正電極1、負(fù)電極2、電解液3、碳外殼體4、發(fā)泡碳、石墨烯、碳納米管組件及碳纖維一 5、發(fā)泡碳、石墨烯、碳納米管組件及碳纖維二 6，碳外殼體4的內(nèi)殼內(nèi)壁設(shè)置有發(fā)泡碳、石墨烯、碳納米管組件及碳纖維一 5，正電極I安裝在碳外殼體4內(nèi)，負(fù)電極2與碳外殼體4 一體，碳外殼體4內(nèi)設(shè)置有電解液3，發(fā)泡碳、石墨烯、碳納米管組件及碳纖維二 6與正電極I連接，所述的正電極1、負(fù)電極2均是由發(fā)泡碳11、石墨烯層12、編織式碳纖維極13組成，發(fā)泡碳11的外表面包裹有石墨烯層12，編織式碳纖維極13安裝在石墨烯層12的上端，編織式碳纖維極13將編成辮子/繩子狀，同時(shí)作為電池電極的輸出導(dǎo)線。
[0026]進(jìn)一步的，所述的正電極I與負(fù)電極2的中部設(shè)置有隔離板/膜7，隔離板/膜7將電解液3分開(kāi)，其膜的作用將正負(fù)極隔開(kāi)，也可以使用海水凈化透析膜，將電解液分為甲、乙二種電解液，提高了電壓。
[0027]進(jìn)一步的，所述的電解液中除去用水、鹽、堿、酸及無(wú)機(jī)溶液；除去添加以上列出金屬外:鉀、媽、鎂、銀、鐵、鋰、鈉等；并非金屬元素:磷、硼、硫、碘等可以加入。
[0028]本【具體實(shí)施方式】的電極中間內(nèi)部由Carbon Foam:發(fā)泡碳/碳泡沫材料，外部再用一層碳纖維材料Carbon Fiber/Graphene石墨稀材料來(lái)包裹并且固定住。而碳纖維在輸出部分也將編成辮子/繩子狀，同時(shí)做為電池電極的輸出導(dǎo)線。這樣，電池沒(méi)有金屬導(dǎo)線，金屬極板。電池的電解液將不會(huì)對(duì)以前所用金屬極/導(dǎo)線產(chǎn)生任何腐蝕；極大提高了電池本身久久耐用性。即:電池極由內(nèi)心由發(fā)泡碳為心，利用其多孔的三維立體極大的表面積，可以極大提高接受/納電子/離子的面積。而外面一層由碳纖維或石墨烯做為一個(gè)袋子類包裹住碳泡沫同時(shí)，這個(gè)袋子的收口由編織成為繩子狀連接線，當(dāng)成導(dǎo)線引出電池包裝盒/封裝外，可以做為聯(lián)接充電器或負(fù)載的正、負(fù)極接線(柱)用。如圖7整個(gè)電極由內(nèi)心/層為碳纖維材料，包裹外面部分為石墨烯材料。并且石墨烯和碳纖維都可以單獨(dú)/混紡，編織成繩狀/辮狀導(dǎo)出連接做為導(dǎo)線(代替導(dǎo)線柱)，減輕了重量和避免了電解液腐蝕；電極/集流柵可以加鍍銀、鋅、鎳等金屬層或不加鍍使用。
[0029]以上顯示和描述了本實(shí)用新型的基本原理和主要特征和本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實(shí)用新型不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中描述的只是說(shuō)明本實(shí)用新型的原理，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的前提下，本實(shí)用新型還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實(shí)用新型范圍內(nèi)。本實(shí)用新型要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書(shū)及其等效物界定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高效率電池，其特征在于:它包含正電極(I)、負(fù)電極(2)、電解液(3)、碳外殼體(4)、發(fā)泡碳、石墨烯、碳納米管組件及碳纖維一(5)、發(fā)泡碳、石墨烯、碳納米管組件及碳纖維二(6)，碳外殼體(4)的內(nèi)殼內(nèi)壁設(shè)置有發(fā)泡碳、石墨烯、碳納米管組件及碳纖維一(5)，正電極⑴安裝在碳外殼體⑷內(nèi)，負(fù)電極⑵與碳外殼體⑷一體，碳外殼體⑷內(nèi)設(shè)置有電解液(3)，發(fā)泡碳、石墨烯、碳納米管組件及碳纖維二(6)與正電極(I)連接，所述的正電極(1)、負(fù)電極⑵均是由發(fā)泡碳(11)、石墨烯層(12)、編織式碳纖維極(13)組成，發(fā)泡碳(11)的外表面包裹有石墨烯層(12)，編織式碳纖維極(13)安裝在石墨烯層(12)的上端。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效率電池，其特征在于:所述的正電極(I)與負(fù)電極(2)的中部設(shè)置有隔離板/膜(7)。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種高效率電池，它涉及電池技術(shù)領(lǐng)域，碳外殼體的內(nèi)殼內(nèi)壁設(shè)置有發(fā)泡碳、石墨烯、碳納米管組件及碳纖維一，正電極安裝在碳外殼體內(nèi)，負(fù)電極與石墨碳外殼體一體，碳外殼體內(nèi)設(shè)置有電解液，發(fā)泡碳、石墨烯、碳納米管組件及碳纖維二與正電極連接，所述的正電極、負(fù)電極均是由發(fā)泡碳、石墨烯層、編織式碳纖維極，發(fā)泡碳的外表面包裹有石墨烯層，編織式碳纖維極安裝在石墨烯層的上端，編織式碳纖維極將編成辮子/繩子狀，同時(shí)作為電池電極的輸出導(dǎo)線。本實(shí)用新型提高了耐用性，降低了成本，同時(shí)減輕了重量和避免了電解液腐蝕，延長(zhǎng)了使用壽命。
【IPC分類】H01M10/04
【公開(kāi)號(hào)】CN204668405
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201420837730
【發(fā)明人】鄢俊
【申請(qǐng)人】鄢俊
【公開(kāi)日】2015年9月23日
【申請(qǐng)日】2014年12月26日