電能產生裝置及其陰極的製作方法
2023-06-04 19:01:51 3
專利名稱：電能產生裝置及其陰極的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電能產生裝置及其電極，特別是涉及一種使用壽命長的電能產生裝置及其陰極。
背景技術：
參閱圖1、圖2，為現有的一鋅空氣電池，包含一鋅陽極板11、一與該鋅陽極板11間隔的空氣陰極板12，及一分布在該鋅陽極板11與空氣陰極板12間的電解液13。該空氣陰極板12包括一集電網121、一設於該集電網121 —側的透氣層122、一設於該集電網121另一側並與該電解液13接觸的觸媒層123，及兩分別設於該透氣層122與該集電網121間，及該集電網121與該觸媒層123間的擴散層124。當外界的空氣如箭頭所示由該透氣層122依序進入該擴散層124、集電網121、擴散層124、觸媒層123，使得空氣中的氧分子能於電解液13充分反應，並配合鋅陽極板11、電解液13產生電化學反應，如此可在該鋅陽極板11、空氣陰極板12分別電連接一負載(圖未示)就會有電流的產生。然而，由於該空氣陰極板12必須長時間浸泡於酸/鹼性電解液13中，該觸媒層123的整個表面受到電解液13的不斷侵蝕而如圖2所示逐漸減少，最終導致該集電網121外側所堆疊的擴散層124、觸媒層123剝落，使電化學反應無法進行，嚴重影響該鋅空氣電池的放電效率。
發明內容
本發明的目的在於提供一種延長使用壽命的電能產生裝置。本發明電能產生裝置，包含一個容置槽、一個陽極及一個陰極。該容置槽用於存放電解液，該陽極是設於該容置槽內，該陰極與該陽極間隔地設於該容置槽內，該陰極包括一個本體，及一個設於該本體上的包覆網，該包覆網是浸於該電解液內，並具有數個網格。本發明目的及解決其技術問題還可採用以下技術措施進一步實現。較佳地，前述的電能產生裝置，其中該陰極的本體包括一個集電層、一個設於該集電層一側的透氣層、一個設於該集電層另一側的觸媒層，及兩個擴散層，所述擴散層分別設於該透氣層與集電層間，及該集電層與該觸媒層間，該包覆網包覆在該透氣層與觸媒層外。較佳地，前述的電能產生裝置，其中該陰極的本體包括一個集電層、一個設於該集電層一側的透氣層、一個設於該集電層另一側的觸媒層，及兩個擴散層，所述擴散層分別設於該透氣層與集電層間，及該集電層與該觸媒層間，該包覆網包覆在該觸媒層。較佳地，前述的電能產生裝置，其中該包覆網遮蔽於該觸媒層的面積是不大於該觸媒層與該電解液反應的面積的25%。較佳地，前述的電能產生裝置，其中該包覆網遮蔽於該本體的面積是不大於該本體與該電解液反應的面積的25%。
較佳地，前述的電能產生裝置，其中該包覆網的材質是選自二氧化矽、碳化矽化合物或氮化矽化合物，並以沉積法而製成。較佳地，前述的電能產生裝置，其中該包覆網的網格是四邊形或蜂巢狀。再者，本發明的另一目的，在於提供一種不易剝落、使用時間長的電能產生裝置的陰極。本發明電能產生裝置的陰極，該電能產生裝置包含一個用於進行電化學反應的電解液，該陰極包含一個本體，及一個包覆網。該包覆網包覆在該本體上並具有數個網格，且該包覆網是浸於該電解液內，但不與該電能產生裝置的電解液產生電化學反應。較佳地，前述的電能產生裝置的陰極，其中該包覆網的材質是選自二氧化矽、碳化矽化合物或氮化矽化合物，並以沉積法製成。較佳地，前述的電能產生裝置的陰極，其中該包覆網遮蔽於該本體的面積是不大於該本體與該電解液反應的面積的25%。本發明的有益效果在於:通過該包覆網將該本體包覆，使該本體不易剝落、被侵蝕，能延長該陰極的使用壽命，提升電能產生裝置的耐久性。
圖1是一示意圖，說明現有的一鋅空氣電池；圖2是一示意圖，說明圖1中該鋅空氣電池的一空氣陰極板被侵蝕的態樣；圖3是一剖視圖，說明本發明電能產生裝置的第一較佳實施例；圖4是一立體示意圖，說明該第一較佳實施例的一陰極的態樣；圖5是一剖視圖，說明該陰極受到侵蝕的態樣；圖6是一不意圖,說明該第一較佳實施例的一包覆網的另一種態樣；圖7是一示意圖，說明該第一較佳實施例的一包覆網的另一種態樣；圖8是一數據圖，說明比較現有金屬空氣電池與該第一較佳實施例的開迴路電壓變化圖；圖9是一數據圖，說明比較現有金屬空氣電池與該第一較佳實施例的電壓電流性能曲線圖；圖10是一數據圖，說明比較現有金屬空氣電池與該第一較佳實施例的定電流IOOmA放電測試的電壓變化圖；圖11是一數據圖，說明比較現有金屬空氣電池與該第一較佳實施例的定電流300mA放電測試的電壓變化圖；圖12是一示意圖，說明本發明電能產生裝置的第二較佳實施例。
具體實施例方式下面結合附圖及實施例對本發明進行詳細說明。在本發明被詳細描述前，要注意的是，在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表不。參閱圖3與圖4，為本發明電能產生裝置2的第一較佳實施例，包含一用於存放電解液31的容置槽3、一設於該容置槽3內的陽極4，及一與該陽極4間隔地設於該容置槽3內的陰極5。在本較佳實施例中，是以金屬空氣電池作說明，該陰極5包括一本體50，及一設於該本體50上的包覆網6。該陰極5的本體50包括一集電層51、一設於該集電層51 —側的透氣層52、一設於該集電層51另一側的觸媒層53，及兩擴散層54，所述擴散層54分別設於該透氣層52與集電層51間，及該集電層51與該觸媒層53間。另外，該包覆網6是浸於該電解液31內，並具有數個網格61，並包覆在該透氣層52與觸媒層53外，在本實施例中，該包覆網6的材料是不會和該電解液31產生電化學反應的二氧化矽並以沉積法而製成，但也能夠是如碳化矽化合物、或氮化矽化合物沉積而成。較佳地，該包覆網6遮蔽於該觸媒層53的面積是不大於觸媒層53與電解液31反應的面積的25%,以免影響觸媒層53的面積被過度遮蔽而影響與電解液31的反應，而該觸媒層53又能受到該包覆網6的限制，不會整片剝落而可延長使用壽命，另外，該包覆網6的網格61除了如圖4所示是四邊形外，也能夠是如圖6所示是呈蜂巢狀或是如圖7所示的是呈柵欄狀。而在如圖4所示的例子，該包覆網6是包覆於整個本體50的外表面，當然根據製造方式，該包覆網6也能夠是呈上下包覆該觸媒層53的態樣。使用上同樣是利用該觸媒層53與該電解液31接觸，讓該透氣層52與外界的空氣接觸，此時外界的空氣就會如箭頭所示經過該透氣層52、擴散層54、集電層51、擴散層54至該觸媒層53，而外界空氣中的氧氣就會滲入該觸媒層53，並配合電解液31、陽極4就會產生電化學反應，如此將一負載(圖未示)分別電連接該陽極4、陰極5就會有電流的產生，使該負載能作動。參閱圖5，長時間使用後，該電解液31會逐漸侵蝕該觸媒層53，但受到該包覆網6的遮蓋，且包覆網6是不與該電解液31產生電化學反應的材料，所以該觸媒層53僅有在該包覆網6的網格61間的局部表面會開始被侵蝕，因此被侵蝕的面積減少，侵蝕的速度相對就會變慢，此外，該觸媒層53受到該包覆網6的限制，不會整片剝落而造成很快的失效。參閱圖3，經發明人實際測試，以鋅板為陽極4，氫氧化鉀水溶液作電解液31，濃度為5M的條件下，比較本較佳實例與現有金屬空氣電池，在開迴路電壓變化圖(如圖8)、電壓電流性能曲線圖(如圖9)可看出差異性並不大，表示雖然該包覆網6遮蔽了部分該觸媒層53的表面積，但對金屬空氣電池的性能影響很小，配合參閱圖10、圖11為放電測試的電壓變化圖，其中圖10是在IOOmA定電流放電測試，圖11是在300mA定電流放電測試，由實驗結果能夠看出，在放電初期本較佳實施例與現有金屬空氣電池沒有太大變動差異，但是在放電後期能夠發現現有的空氣陰極的電壓壓降明顯大於本較佳實施例，且在較大電流放電時更為明顯，表示現有金屬空氣電池經一段時間的使用後，電壓會大幅快速地衰減至零，而本較佳實施例的壓降則相對緩慢，能夠使用更長的時間。參閱圖12，為本發明電能產生裝置2的第二較佳實施例，與第一較佳實施例大致相同，在本較佳實施例中，是以一般電瓶(鉛酸蓄電池)的態樣作說明，同是在該陰極5的本體50上形成該包覆網6，與第一較佳實施例有相同的功效，能夠減緩該陰極5的本體50被該電解液31侵蝕的速度，進而延長該電能產生裝置2的使用壽命，較佳地，該包覆網6遮蔽於該本體50的面積是不大於該本體50與電解液31反應的面積的25%。綜上所述，本發明電能產生裝置2通過該包覆網6包覆該本體50，減少該陰極5的本體50與電解液31的接觸面積，能夠藉此減慢該陰極5被該電解液31侵蝕的速度，進而 延長電能產生裝置2的使用壽命。
權利要求
1.一種電能產生裝置，包含一個容置槽、一個陽極，及一個陰極，該容置槽用於存放電解液，該陽極設於該容置槽內，其特徵在於: 該陰極與該陽極間隔地設於該容置槽內，該陰極包括一個本體，及一個設於該本體上的包覆網，該包覆網是浸於該電解液內，並具有數個網格。
2.根據權利要求1所述的電能產生裝置，其特徵在於，該陰極的本體包括一個集電層、一個設於該集電層一側的透氣層、一個設於該集電層另一側的觸媒層，及兩個擴散層，所述擴散層分別設於該透氣層與集電層間，及該集電層與該觸媒層間，該包覆網包覆在該透氣層與觸媒層外。
3.根據權利要求1所述的電能產生裝置，其特徵在於，該陰極的本體包括一個集電層、一個設於該集電層一側的透氣層、一個設於該集電層另一側的觸媒層，及兩個擴散層，所述擴散層分別設於該透氣層與集電層間，及該集電層與該觸媒層間，該包覆網包覆在該觸媒層。
4.根據權利要求2所述的電能產生裝置，其特徵在於，該包覆網遮蔽於該觸媒層的面積是不大於該觸媒層與該電解液反應的面積的25%。
5.根據權利要求1所述的電能產生裝置，其特徵在於，該包覆網遮蔽於該本體的面積是不大於該本體與該電解液反應的面積的25%。
6.根據權利要求1至4中任一所述的電能產生裝置，其特徵在於，該包覆網的材質是選自二氧化矽、碳化矽化合物或氮化矽化合物，並以沉積法而製成。
7.根據權利要求1至4中任一所述的電能產生裝置，其特徵在於，該包覆網的網格是四邊形或蜂巢狀。
8.一種電能產生裝置的陰極，該電能產生裝置包含一個用於進行電化學反應的電解液，其特徵在於: 該陰極包含一個本體，及一個包覆網，該包覆網包覆在該本體上並具有數個網格，且該包覆網是浸於該電解液內，但不與該電能產生裝置的電解液產生電化學反應。
9.根據權利要求8所述的電能產生裝置的陰極，其特徵在於:該包覆網的材質是選自二氧化矽、碳化矽化合物或氮化矽化合物，並以沉積法製成。
10.根據權利要求8或9所述的電能產生裝置的陰極，其特徵在於:該包覆網遮蔽於該本體的面積是不大於該本體與該電解液反應的面積的25%。
全文摘要
一種電能產生裝置及其陰極，所述電能產生裝置包含一容置槽、一陽極及一陰極。該容置槽用於存放電解液，該陽極是設於該容置槽內，該陰極包括一本體，及一設於該本體上的包覆網，該包覆網具有數個網格。通過於該包覆網將該本體包覆，使該本體不易剝落、被侵蝕，能延長該陰極的使用壽命，提升電能產生裝置的耐久性。本發明電能產生裝置的陰極包含一本體，及一包覆在該本體上並具有數個網格的包覆網，通過該包覆網降低該本體與電解液的反應面積與速率，提升陰極的耐用性。
文檔編號H01M12/06GK103187598SQ20111045427
公開日2013年7月3日 申請日期2011年12月30日 優先權日2011年12月30日
發明者李書鋒 申請人:財團法人金屬工業研究發展中心