一种工业废铝免轧制的高性能铝-空气电池

本发明涉及铝空气电池，具体涉及一种工业废铝免轧制的高性能铝-空气电池。

背景技术：

1、近年来，随着全球经济飞速发展，人类对化石能源的消耗日益增加，开发利用新型环保绿色的能源迫在眉睫。铝空气电池以铝板和空气中的氧气进行反应，具有容量大、安全性高、正负极材料来源广泛等优点。其主要原理是放电过程中铝板发生溶解，空气中氧气发生还原生成oh-，电子通过外电路从负极流向正极。具体反应方程式为：

2、负极反应：al+4oh-→al(oh)4-+3e-                           (1)

3、正极反应：o2+2h2o+4e-→4oh-                              (2)

4、电池总反应：4al+3o2+6h2o→4al(oh)3                        (3)

5、铝空气电池的正极活性物质为空气中的氧气，用之不尽。但是目前常用的铝负极多为企业及科研单位自研产品，不具备大规模生产的潜力，性能虽有提升但是成本激增。且目前铝负极放电电流多在10～30ma/cm2，电压通常在1.1～1.2v，功率密度低。公开号为cn104756309a的中国专利公开了一种电池用电极体、阳极以及金属空气电池，包括本发明的阳极、蓄积电解液的电解液槽及成为阴极的空气电极，所述阳极被设置成能够插入到所述电解液槽内且能够从所述电解液槽内拔出。但是，现有技术中目前只有利用金属片等作为电池负极材料，比表面积小，负极的有效放电面积小，放电电压低，负极熔炼加工复杂，电极材料更换步骤繁琐。现有技术中电池主体部件达到十种以上，对阳极的处理需要先将主体结构包覆和膜层对其进行分割的做法使得电池的组装使用和更换更加复杂繁琐，而其对铝空电池的性能几乎无提高，因为铝在空气中表面会形成致密稳定氧化膜阻止进一步的腐蚀，现有技术最大的特点是防止空气对金属的腐蚀，对铝空电池的性能几乎没有影响，而本发明可以直接向吊篮中加入铝粒、块、板、屑等尺寸小于吊篮的不规则形状的铝金属。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术存在的不足，提供了一种工业废铝免轧制的高性能铝-空气电池，对工业废铝进行回收利用，同时增大其有效放电面积。通过不锈钢对空气电极进行连接及密封，形成电解液池，大大减小了铝空气电池的重量及体积，增大其能量密度。

2、本发明是通过以下技术方案实现的：

3、本发明提供了一种工业废铝免轧制的高性能铝-空气电池，包括空气电极、不锈钢骨架、电解液、镀铱钛网吊篮、金属铝、导电膜；

4、两片空气电极呈相对设置，所述不锈钢骨架绕设在两个空气电极的周侧并与之连接形成一侧敞开的电解液槽；

5、所述电解液盛装于电解液槽内，内置金属铝的镀铱钛网吊篮位于电解液中心且未与空气电极接触，镀铱钛网吊篮的敞开方向与电解液槽一致；

6、所述镀铱钛网吊篮表面负载导电膜。

7、优选地，所述镀铱钛网吊篮内表面和外表面均可以负载导电膜，膜层只用于导电，膜层接触吊篮即可。

8、优选地，所述工业废铝包括铝粉、铝屑、铝颗粒、铝块中的至少一种。

9、优选地，所述镀铱钛网吊篮的基体为超薄超细钛网。

10、优选地，所述超薄超细钛网的厚度为0.2～1mm，粗细为100～300目。

11、优选地，镀铱钛网吊篮置于电解液中心，距离空气电极2mm以上以防止短路。

12、优选地，吊篮通过镀铱增加其导电率。

13、优选地，所述导电膜包括石墨烯导电膜、含铟锡氧化物(ito)的导电薄膜中的至少一种。

14、优选地，所述导电膜的厚度0.1-0.3mm。

15、优选地，所述电解液包括naoh溶液或koh溶液。

16、优选地，所述电解液中还包含析氢抑制剂，所述析氢抑制剂包括zno、十六烷基三甲基溴化铵中的至少一种。

17、优选地，所述电解液包括4m naoh或koh溶液。

18、优选地，所述析氢抑制剂包括0.2m zno和0.6mm十六烷基三甲基溴化铵。

19、优选地，所述不锈钢骨架与空气电极之间通过白硅胶连接及密封。

20、优选地，所述白硅胶包括pp塑料粘结剂。

21、优选地，所述不锈钢骨架的厚度为0.1-1mm。

22、优选地，所述镀铱钛网吊篮盛放铝负极材料的同时，也起到导电作用实现铝负极放电。

23、优选地，所述空气电极包括催化剂，所述催化剂包括二氧化锰。

24、作为本发明的又一实施方式，所述空气电极为导电剂、粘结剂、催化剂二氧化锰混合后通过辊压形成的膜层。

25、优选地，所述导电剂包括乙炔黑、超导碳黑、石墨烯、碳纳米管中的至少一种。

26、优选地，所述不锈钢骨架包括超薄不锈钢骨架。

27、优选地，两片空气电极顶部通过导线与外部用电器连接。

28、优选地，位于电解液槽敞开口的任意侧边的不锈钢骨架上设置有正极接口。

29、优选地，位于镀铱钛网吊篮敞开口的任意两个相对的侧边上设置有负极接口。

30、优选地，所述负极接口和正极接口均可以通过导线与外部用电器连接。

31、优选地，将电池正负极固定好以后，用电池盖通过热封将电解液槽的敞开口密封，防止电解液渗漏。

32、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

33、(1)采用本发明设计方式搭建的铝空气电池，不锈钢骨架与两片空气电极粘接形成电解液槽，电解液盛装于电解液槽内，镀铱钛网吊篮位于电解液中心，可对工业生产产生的废铝进行回收利用，使用铝粉、铝屑、铝颗粒、铝块作为负极，比表面积比同等质量的铝板比表面积大10倍以上，可有效增加铝负极的有效放电面积约十倍以上，并通过超薄不锈钢外壳减小铝空气电池总重量，提高铝阳极利用率，增加铝空气电池能量密度，目前常见的铝空气电池体系的电流密度通常在10-50ma/cm2，电压为1.3-1.5v，存在无法大电流放电的缺陷，而本发明的铝空气电池电流密度最高可达200ma/cm2，电压达到1.6v以上；

34、(2)镀铱钛网吊篮表面负载超细石墨烯膜，便于通过h2o分子、al3+、oh-等离子，同时保持铝屑/铝粉不泄露在电解液中，造成电池容量损失。

技术特征：

1.一种工业废铝免轧制的高性能铝-空气电池，其特征在于，包括空气电极、不锈钢骨架、电解液、镀铱钛网吊篮、金属铝、导电膜；

2.根据权利要求1所述的铝-空气电池，其特征在于，所述金属铝包括工业废铝，所述工业废铝包括铝粉、铝屑、铝颗粒、铝块中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的铝-空气电池，其特征在于，所述镀铱钛网吊篮的基体为超薄超细钛网，所述超薄超细钛网的厚度为0.2～1mm，粗细为100～300目。

4.根据权利要求1所述的铝-空气电池，其特征在于，所述导电膜为石墨烯导电膜或含铟锡氧化物的导电薄膜，厚度0.1-0.3mm。

5.根据权利要求1所述的铝-空气电池，其特征在于，所述电解液包括naoh溶液或koh溶液。

6.根据权利要求1所述的铝-空气电池，其特征在于，所述电解液中还包含析氢抑制剂，所述析氢抑制剂包括zno、十六烷基三甲基溴化铵中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的铝-空气电池，其特征在于，所述不锈钢骨架与空气电极之间通过白硅胶连接及密封。

8.根据权利要求1所述的铝-空气电池，其特征在于，所述不锈钢骨架的厚度为0.1-1mm。

9.根据权利要求1所述的铝-空气电池，其特征在于，所述空气电极包括催化剂，所述催化剂包括二氧化锰。

10.根据权利要求1所述的铝-空气电池，其特征在于，位于电解液槽敞开口的任意侧边的不锈钢骨架上设置有正极接口；

技术总结本发明公开了一种高性能的铝空气电池，克服现有铝空气电池电压低、能量密度低的缺陷。该电池包括以下部件：空气电极、不锈钢骨架、电解液、镀铱钛网吊篮、废铝、导电膜；废铝置于镀铱钛网吊篮内，两片相对设置的空气电极与不锈钢骨架连接形成电解液槽；电解液盛装于电解液槽内，镀铱钛网吊篮位于电解液中心且未与空气电极接触；镀铱钛网吊篮表面负载导电膜。本发明的铝空气电池可对废铝进行回收利用，使用铝粉、铝屑、铝颗粒、铝块作为负极，有效增加铝负极的有效放电面积约十倍以上；通过超薄不锈钢外壳减小铝空气电池总重量，增加能量密度，电流密度最高可达200mA/cm<supgt;2</supgt;，电压达到1.6V以上。技术研发人员：吴忠,胡文彬,李政宇,刘英杰,王子涵,殷子豪,徐晶,赵桐受保护的技术使用者：天津大学技术研发日：技术公布日：2024/7/29