本發(fā)明涉及一種電池，具體涉及一種具有多種充電模式的電池。

背景技術(shù)：

移動(dòng)設(shè)備和電動(dòng)交通工具迫切需要電池技術(shù)獲得突破?，F(xiàn)有的質(zhì)子交換膜燃料電池由于質(zhì)子交換膜和貴金屬催化劑高昂的價(jià)格而難以普及。鋰電池使用有機(jī)電解液無(wú)法從根本上解決安全性問(wèn)題。鋁，鎂理論上有較高的儲(chǔ)能密度，但現(xiàn)有的鋁鎂電池存在發(fā)熱嚴(yán)重，放電電壓滯后，開(kāi)路電壓遠(yuǎn)小于理論電壓，堿性電解液與空氣中的二氧化碳反應(yīng)，陰極壽命短的缺陷，采用雙電解液的鋁鎂金屬空氣電池和采用離子液體電解質(zhì)的鋁鎂金屬空氣電池轉(zhuǎn)換效率較高，但由于電解液電導(dǎo)率低，功率密度很低，現(xiàn)有技術(shù)還無(wú)法使鋁鎂空氣電池普及應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有的技術(shù)的不足而提供了一種具有多種充電模式的電池，本發(fā)明的電池中鋁空氣電池開(kāi)路電壓可達(dá)到2.5伏，鎂空氣電池的開(kāi)路電壓可達(dá)到2.9伏，本發(fā)明從根本上解決了傳統(tǒng)金屬空氣電池的陰極析氫缺陷，由于無(wú)析氫腐蝕反應(yīng)同時(shí)也防止了金屬空氣電池的熱失控現(xiàn)象，本發(fā)明的電池?zé)o放電滯后缺陷，本發(fā)明的電池陽(yáng)極部分不與空氣直接接觸避免了碳化反應(yīng)，可使鎂鋁空氣電池的轉(zhuǎn)換效率大幅度提高，本發(fā)明可使用燃料化學(xué)充電，還可使用直流電充電，無(wú)燃爆危險(xiǎn)。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供了一種具有多種充電模式的電池，包括電化學(xué)陽(yáng)極、陰極和半透膜，半透膜設(shè)置于電化學(xué)陽(yáng)極和陰極之間，電化學(xué)陽(yáng)極與半透膜之間設(shè)有陽(yáng)極電解質(zhì)溶液，所述陽(yáng)極電解質(zhì)溶液中為至少可沉積Cr、V、Zn、Ga、Fe、Cd、In和Cu中之一金屬的水性鍍液，半透膜的一側(cè)與陽(yáng)極電解質(zhì)溶液相接觸，半透膜的另一側(cè)與陰極相接觸設(shè)置。

所述電化學(xué)陽(yáng)極包括至少一片金屬陽(yáng)極。

所述電化學(xué)陽(yáng)極為多片金屬陽(yáng)極時(shí)，多片金屬陽(yáng)極中的相鄰兩片金屬陽(yáng)極之間相平行設(shè)置。

所述陰極為氧化劑空氣再生式空氣陰極，空氣陰極包括陰極電極和陰極電解液，陰極電解液中含有氧化劑，所述氧化劑放電反應(yīng)的部分生成物能夠和氧氣反應(yīng)，生成能夠溶于陰極電解液的反應(yīng)產(chǎn)物。

所述陽(yáng)極電解質(zhì)溶液為無(wú)氰鍍鋅液、無(wú)氰鍍鎳液或無(wú)氰鍍鉻液。

所述陽(yáng)極電解質(zhì)溶液設(shè)置為可循環(huán)式電解質(zhì)，能夠補(bǔ)充陽(yáng)極電解質(zhì)溶液中的還原劑。

所述金屬陽(yáng)極的材質(zhì)為鋁或鎂。

所述陰極電解液使用循環(huán)流動(dòng)式電解質(zhì)，能夠加注氧化劑。

本發(fā)明電池可以在陰陽(yáng)極短時(shí)直流充電，充電時(shí)陽(yáng)極電極表面沉積出鋅、鎳、鉻金屬。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明取得的有益效果：

本發(fā)明的電池中鋁空氣電池開(kāi)路電壓可達(dá)到2.5伏，鎂空氣電池的開(kāi)路電壓可達(dá)到2.9伏，采用水性電解液有較高的功率密度，陽(yáng)極不析氫，無(wú)發(fā)熱，電解液不碳化，可使鎂鋁空氣電池的轉(zhuǎn)換效率大幅度提高，本發(fā)明可使用燃料化學(xué)充電，還可使用直流電充電，采用水性電解液，無(wú)燃爆危險(xiǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1為具有兩個(gè)陽(yáng)極的電池結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是圖1的主視圖。

圖3是圖2的A-A向視圖。

圖4是圖1的俯視圖。

圖5是陰極電解液和陽(yáng)極電解液采用可循環(huán)結(jié)構(gòu)時(shí)的電池結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6是圖5的俯視圖。

圖7是圖6的主視圖。

圖8是圖5的左視圖。

圖9是圖8的A-A向視圖。

圖10是圖8的B-B向視圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明：無(wú)氰鍍鋅液采用東莞市彗源表面材料有限公司的y3191型鍍液，無(wú)氰鍍鉻液和無(wú)氰鍍鎳液購(gòu)買(mǎi)自蘇州旭峰環(huán)?？萍加邢薰?。

電化學(xué)陽(yáng)極包括至少一片金屬陽(yáng)極；電化學(xué)陽(yáng)極為多片金屬陽(yáng)極時(shí)，多片金屬陽(yáng)極中的相鄰兩片金屬陽(yáng)極之間相平行設(shè)置；通常選用鋁或鎂材質(zhì)作為陽(yáng)極材料，由于陽(yáng)極電解質(zhì)溶液4可在鋁鎂表面置換沉積出至少有Cr、V、Zn、Ga、Fe、Cd、In和Cu中之一金屬的保護(hù)膜，傳統(tǒng)鋁鎂金屬電池結(jié)構(gòu)的析氫腐蝕反應(yīng)在本發(fā)明中變?yōu)榻饘僦脫Q沉積反應(yīng)，沉積出的金屬可參與放電反應(yīng)，使得鋁鎂電池轉(zhuǎn)換效率得以提高。

所述電化學(xué)陽(yáng)極包括至少一片金屬陽(yáng)極。

所述電化學(xué)陽(yáng)極為多片金屬陽(yáng)極時(shí)，多片金屬陽(yáng)極中的相鄰兩片金屬陽(yáng)極之間相平行設(shè)置。

所述半透膜可防止陰陽(yáng)極發(fā)生酸堿中和反應(yīng)，可防止陰極氧化劑與陽(yáng)極還原劑發(fā)生反應(yīng)。

所述陰極為氧化劑空氣再生式空氣陰極，空氣陰極包括陰極電極和陰極電解液，陰極電解液中含有氧化劑，所述氧化劑放電反應(yīng)的部分生成物能夠和氧氣反應(yīng)，生成能夠溶于陰極電解液的反應(yīng)產(chǎn)物本，此氧化劑再生反應(yīng)在電池停用期間也能繼續(xù)進(jìn)行再生反應(yīng)，增強(qiáng)了短時(shí)大電流放電能力。

所述陽(yáng)極電解質(zhì)溶液為無(wú)氰鍍鋅液、無(wú)氰鍍鎳液或無(wú)氰鍍鉻液。

所述金屬陽(yáng)極的材質(zhì)為鋁或鎂。

所述陰極電解液使用循環(huán)流動(dòng)式電解質(zhì)，能夠加注氧化劑。

本發(fā)明的陽(yáng)極電解質(zhì)溶液設(shè)置為可循環(huán)式電解質(zhì)，此時(shí)電池可方便加注還原劑（燃料）作為能量物質(zhì)，由還原劑在陽(yáng)極電極表面還原沉積出金屬單質(zhì)參與放電反應(yīng)完成化學(xué)充電。

本發(fā)明陰極電解質(zhì)可以使用可循環(huán)式結(jié)構(gòu)，此時(shí)陰極可方便加注氧化劑可以在無(wú)空氣環(huán)境下使用。

本電池可使用氧化劑空氣再生式陰極，陰極電解液中溶解有氧化劑，該氧化劑放電反應(yīng)的部分生成物能夠和氧氣反應(yīng)，生成能夠溶于陰極電解液的反應(yīng)產(chǎn)物，該反應(yīng)產(chǎn)物為上述氧化劑。例如，本發(fā)明可以采用與氧氣有反應(yīng)活性的氮氧化物和碘化物作為陰極添加劑，陰極電解液中的氮氧化物放電反應(yīng)的產(chǎn)物一氧化氮析出，空氣與一氧化氮生成二氧化氮能與水發(fā)生歧化反應(yīng)生成強(qiáng)氧化劑硝酸和析出一氧化氮，硝酸中的五價(jià)氮具有較高的氧化還原電位，提高了電池電壓，還可添加碘化物，碘離子在酸性條件下與氧氣反應(yīng)生成碘單質(zhì)，碘單質(zhì)可作為氧化劑儲(chǔ)存在碘化物溶液中，上述的添加劑可以單獨(dú)使用也可混合使用，上述添加劑在空氣環(huán)境下完成了氧化劑再生和儲(chǔ)存，使得在缺乏空氣的環(huán)境也能夠工作。

本發(fā)明使用了半透膜使得陰極和陽(yáng)極電解質(zhì)可以有各自獨(dú)立的成份，適合的pH值，使陰陽(yáng)極各自在適合的酸堿度下進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，陰極11可以使用強(qiáng)氧化性成分，陽(yáng)極使用強(qiáng)還原性電解質(zhì)，提高了電池的開(kāi)路電壓和工作電壓，鋁空氣電池開(kāi)路電壓可達(dá)2.5伏，鎂空氣電池可達(dá)2.9伏，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)鋁空氣電池的1.7伏，和傳統(tǒng)鎂空氣電池的1.4伏。

本發(fā)明利用水性可化學(xué)鍍金屬離子沉積陽(yáng)極材料，還原劑（燃料）選擇范圍寬，能量轉(zhuǎn)換效率高。本發(fā)明的陽(yáng)極以鋁或鎂作為主要儲(chǔ)能物質(zhì)，陰極電解液中的鋅鎳鉻主要作用為保護(hù)鋁鎂陽(yáng)極，防止析氫，但是鋅鎳鉻都是可在水性電解液中沉集的金屬，也就具備了可充電能力，這種充電容量不大，但是作為動(dòng)力電池使用時(shí)用作制動(dòng)回饋充電是有意義的，同理，采用補(bǔ)充還原劑充電也是這種結(jié)構(gòu)的一種輔助用途，作為應(yīng)急充電，在作為汽車(chē)動(dòng)力電池使用時(shí)也有應(yīng)用空間。

本發(fā)明中的電池的氧化劑補(bǔ)充來(lái)源于空氣，與傳流的空氣陰極直接使用催化劑催化氧氣的還原反應(yīng)不同，本發(fā)明的陰極中存有少量的氧化劑，因?yàn)橛辛诉@少量的氧化劑使得電池具備了短時(shí)大電流放電的能力。

本發(fā)明的電池用于大型結(jié)構(gòu)時(shí)，還原劑和氧化劑皆可以獨(dú)立存儲(chǔ)，電池中僅有少量氧化物和還原物，安全性高，本電池使用水性電解質(zhì)，無(wú)燃爆危險(xiǎn)。

本發(fā)明的電池具有多種結(jié)構(gòu)，如圖1-4所示，為一種設(shè)置多個(gè)陽(yáng)極的結(jié)構(gòu)。此時(shí)，圖1中的陰極為一個(gè)陰極體系，包含正?，F(xiàn)有陰極的所有結(jié)構(gòu)。

該實(shí)施方式中，陽(yáng)極設(shè)置有兩組陽(yáng)極電極：陽(yáng)極電極Ⅰ13和陽(yáng)極電極Ⅱ14，陽(yáng)極電極Ⅱ14內(nèi)設(shè)置陽(yáng)極電解液15，陽(yáng)極電極Ⅰ1浸泡在陽(yáng)極電解液15中，陽(yáng)極電極Ⅱ14內(nèi)還設(shè)置為半透膜12，陽(yáng)極電極Ⅰ13與半透膜12之間設(shè)有陽(yáng)極電解質(zhì)溶液15，半透膜12一側(cè)接觸陰極11，另一側(cè)接觸陽(yáng)極電解液15。在陽(yáng)極的兩組電極上加上直流電壓，可以使一組陽(yáng)極電極上進(jìn)行電還原沉積充電，另一組陽(yáng)極電極上析出氧氣。陽(yáng)極電解質(zhì)溶液15中為至少可沉積Cr、V、Zn、Ga、Fe、Cd、In和Cu中之一金屬的水性鍍液，陽(yáng)極電解質(zhì)溶液15通常選用無(wú)氰鍍鋅液、無(wú)氰鍍鎳液或無(wú)氰鍍鉻液。

如圖5-10所示，為本發(fā)明的另一種應(yīng)用結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)用在大型電池中，陰極電解液和陽(yáng)極電解液可采用可循環(huán)結(jié)構(gòu)，方便控制電解液成分，降低電解液極化，提高電化學(xué)效率，也可過(guò)量供應(yīng)還原劑，此時(shí)電池以液體燃料（還原劑）作為能量物質(zhì)，方便充注。

電池包括外殼38，外殼內(nèi)38設(shè)置有陰極單元和陽(yáng)極單元，其中陰極單元由陰極室、氧化劑再生池312和陰極循環(huán)泵310組成，陰極室由陰極31、陰極電解液32、半透膜33封閉行成。

陰極室與氧化劑再生池312連通，使陰極室的陰極電解液與氧化劑再生池312進(jìn)行液體交換，而陰極循環(huán)泵310與氧化劑再生池312連通，它們組成可循環(huán)電解液陰極單元。

陽(yáng)極單元由陽(yáng)極室、還原劑加注池313和陽(yáng)極循環(huán)泵311組成，陽(yáng)極室由陽(yáng)極37，陽(yáng)極電解液36、半透膜33封閉形成，半透膜33設(shè)置在陰極電解液和陽(yáng)極電解液之間。

陽(yáng)極室與還原劑加注池12連通，使陽(yáng)極室的陽(yáng)極電解液與還原劑加注池313進(jìn)行液體交換，還原劑加注池313與陽(yáng)極循環(huán)泵311連通，它們組成可循環(huán)電解液陽(yáng)極單元。

上述的陰極4采用氧化劑空氣再生式空氣陰極，陰極電解液中含有氧化劑，氧化劑放電反應(yīng)的部分生成物能夠和氧氣反應(yīng)，生成能夠溶于陰極電解液的反應(yīng)產(chǎn)物；半透膜33為選擇透過(guò)性透膜，選擇透過(guò)性透膜僅可透過(guò)H⁺和OH^-，不能透過(guò)其它電解質(zhì)成份，半透膜33的一側(cè)與陽(yáng)極電解液相接觸，半透膜33的另一側(cè)與陰極電解液32相接觸。

以上所述的僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明整體構(gòu)思前提下，還可以作出若干改變和改進(jìn)，這些也應(yīng)該視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。