一種複合型電極海水電池的製作方法

2023-09-24 04:38:30

專利名稱：一種複合型電極海水電池的製作方法
技術領域：
一種複合型電極海水電池技術領域[0001]本實用新型涉及提供動力來源的化學電源技術領域，特別是涉及一種複合型電極海水電池。
背景技術：
[0002]鎂氯化銀海水電池已廣泛應用於聲納浮標、救生裝置動力推進等領域，其特點是低溫性能好、儲存壽命長。AgCl電極放電後轉化為導電性良好的Ag，電池內阻很小，高倍率性能較好。但AgCl電極的重量比容量較低，只有198mAh/g，鎂氯化銀電池的重量比能量相對較低，一般只有80Wh/kg左右。AgCl電極的特點是適合高倍率放電，但電池比能量相對較低。[0003]輕金屬-過氧化氫電池是近年來發展起來的一種新型水中電池，以鋁、鎂等輕金屬合金為陽極，H2O2作為氧化劑，屬於半燃料電池，目前主要應用方向為無人水下航行器 UUV動力推進。由於H2A的理論比容量為1570mAh/g，因此輕金屬-過氧化氫電池具有較高的比能量。這種電池的陰極一般採用貴金屬催化劑，這類催劑在催化H2O2還原的同時，對 H2O2的自分解也有催化作用。而且為提高電池的倍率性能，一般都會採用較高濃度的H2O2， 而H2A濃度越高自分解越大。也就是說倍率性能越好的輕金屬-過氧化氫電池，H2O2的利用率越小，從而降低電池的比能量，因此輕金屬-過氧化氫電池的比能量較高，但不適用於高倍率放電。發明內容[0004]本實用新型為解決公知技術中存在的技術問題而提供工作範圍大，比能量高，並適於短時間高倍率放電的一種複合型電極海水電池。[0005]本實用新型為解決公知技術中存在的技術問題所採取的技術方案是[0006]一種複合型電極海水電池，包括一面帶有凹槽的陰極殼體和陽極殼體，所述陰極殼體的凹槽和陽極殼體的凹槽對應置於離子交換膜兩面並密封固裝成一體；陰極殼體的凹槽內有陰極，陽極殼體的凹槽內有作為陽極的輕金屬；陰極殼體的凹槽底部有陰極端入液口和陰極端出液口 ；陽極殼體的凹槽底部有陽極端入液口和陽極端出液口，其特點是所述陰極為含過氧化氫的溶液和澆鑄型AgCl板構成的複合電極。[0007]本實用新型還可以採用如下技術方案[0008]所述含過氧化氫的溶液為IM HC1+0. 5M H2O2溶液。[0009]所述陰極殼體和陽極殼體的凹槽外周端面上均置有密封圈。[0010]所述陰極殼體上有陰極引出端；所述陽極殼體上有陽極引出端。[0011]所述陰極殼體的凹槽外四周各制有一個陰極端固定孔，所述陽極殼體的凹槽外四周各制有一個陽極端固定孔，所述對應的陰極端固定孔和陽極端固定孔經螺栓固裝成一體。[0012]所述輕合金為Mg合金、Al合金、Li合金中一種。[0013]本實用新型具有的優點和積極效果是[0014]本實用新型採用了 AgCl/ H2O2複合電極作為陰極，加大了電池工作的電流密度範圍，電池在低電流密度下，過氧化氫H2O2長時間放電，實現了電池的高比能量性能；電池在高電流密度下，氯化銀放電，實現了電池短時間的高倍率輸出的性能。


[0015]圖1是本實用新型複合型電極海水電池結構示意圖；[0016]圖2是圖1中陰極的極化曲線圖。[0017]圖中1-陰極引出端；2-陰極端入液口 ；3-陰極端出液口 ；4-陰極殼體；5-陰極端固定孔；6-澆鑄型AgCl板；7-含過氧化氫的溶液；8-密封圈；9-離子交換膜；10-陽極電解液；11-陽極；12-陽極端固定孔；13-陽極殼體；14陽極端出液口 ；15陽極端入液口 -； 16-陽極引出端。
具體實施方式
[0018]為能進一步了解本實用新型的發明內容、特點及功效，茲例舉以下實施例，並配合附圖詳細說明如下[0019]一種複合型電極海水電池，包括一面帶有凹槽的陰極殼體和陽極殼體，所述陰極殼體的凹槽和陽極殼體的凹槽對應置於離子交換膜兩面並密封固裝成一體；陰極殼體的凹槽內有陰極，陽極殼體的凹槽內有作為陽極的輕金屬；陰極殼體的凹槽底部有陰極端入液口和陰極端出液口；陽極殼體的凹槽底部有陽極端入液口和陽極端出液口。[0020]本實用新型的創新點是[0021]所述陰極為含過氧化氫的溶液和澆鑄型AgCl板構成的複合電極AgCl/ H2O2 ；所述含過氧化氫的溶液為IM HC1+0. 5M H2O2溶液；所述陰極殼體和陽極殼體的凹槽外周端面上均置有密封圈；所述陰極殼體上有陰極引出端；所述陽極殼體上有陽極引出端；所述陰極殼體的凹槽外四周各制有一個陰極端固定孔，所述陽極殼體的凹槽外四周各制有一個陽極端固定孔，所述對應的陰極端固定孔和陽極端固定孔經螺栓固裝成一體；所述輕合金為Mg 合金、Al合金、Li合金中一種。[0022]本實用新型的製作和使用過程是[0023]實施例，如附圖1所示[0024]陰極部分的製作採用環氧酚醛樹脂製作出外形為方板狀的陰極殼體4，陰極殼體一面中心位置處加工出一凹槽，凹槽內放置澆鑄型AgCl平板電極6，陰極殼體凹槽的底部加工出有兩個孔，分別作為陰極端入液口 2和陰極端出液口 3，陰極殼體的凹槽外周端面上加工出一個圓形槽，槽內放置密封圈8，靠近陰極殼體的四角處各加工出一個通孔作為陰極端固定孔5，採用不鏽鋼片作為陰極引出端1將凹槽內的陰極引出，完成陰極部分製作。[0025]陽極部分的製作採用環氧酚醛樹脂製作出外形為方板狀的陽極殼體13，陽極殼體一面中心位置處加工出一凹槽，凹槽內放置Mg合金板作為陽極11 ；陽極殼體凹槽底部加工出有兩個孔，分別作為陽極端入液口 15和陽極端出液口 14，陽極殼體的凹槽外周端面上加工出一個圓形槽，槽內放置密封圈，靠近陽極殼體的四角處各加工出一個通孔作為陽極端固定孔12，採用不鏽鋼片作為陽極引出端16將凹槽內的陽極引出，完成陽極部分製作。[0026]將上述製作出的陰極部分和陽極部分有凹槽的面合併，兩面之間放一層Nafion 115離子交換膜9將陰極部分和陽極部分隔開，最後用螺栓穿過陰極端固定孔和陽極端固定孔，將陰極部分和陽極部分通過密封圈密封固定成一體，分別將陰極端入液口、陰極端出液口、陽極端入液口和陽極端出液口密封連接到液體循環系統，電池工作時，通過陰極端入液口注入含量為IM HC1+0. 5M H2O2的含過氧化氫的溶液7，通過陽極端入液口注入海水10， 離子交換膜選擇性透過陽離子，既能使電池的陰、陽極之間離子導通，使放電反應順利進行；又能保證電子絕緣，從而避免電池內部短路。[0027]如附圖2所示，AgCl電極在IM HC1+0. 5M H2O2溶液中0. 166mV/s的慢掃描曲線， 當電流密度小於25mA/cm2時(AC段)，只有H2O2作為陰極發生還原；當電流密度繼續增大，電位降為0V，AgCl作為陰極開始發生還原，參與成流反應，曲線的斜率發生變化(⑶段)。達到D點後，陰極電流則主要由AgCl還原反應提供(DE段)。40°C下，20 mA/cm2放電時，陰極電位0. 06V (vs. Ag/AgCl)，只消耗H2O2，放電持續3. 6h ； 100mA/cm2放電時，陰極電位為一 0. 12V (vs. Ag/AgCl)，AgCl開始參與反應，放電持續0. 6h，電池整體比能量較AgCl/Mg電池提高了 3倍左右。[0028]本實用新型的工作原理採用AgCl/ H2O2作為複合陰極，在低電流密度下，電極只消耗H2O2，由於過氧化氫的理論比容量高達1570mAh/g，大幅度提高了電池的比能量，能夠長時間低功率放電；在高電流密度下，氯化銀放電，實現大電流放電和短時間的高倍率輸出，加大了電池電流密度的工作範圍。水中工作時，既保證了水下遠程航行體的長時間正常工作、又能使水下航行體短時間內高功率加速，可廣泛應用於水中混速的遠程自航體中。[0029]如表1 「海水電池的反應方程式」，其中M為鋁、鎂、鋰等輕金屬，η為其化合價所示；陰極發生AgCl和H2O2的還原反應，陽極發生氧化反應。由於電池的陰、陽極之間有三種情況①輕金屬在鹼性溶液中發生腐蝕產生H2,消耗了陰極材料，使電池效率下降；②H2A 是一種活性很高的物質，在有汙染物的情況下分解速度大大加快，降低了陰極效率；因此電池需要採用開放式結構，以排出上述兩個副反應產生的H2和& ；③輕金屬與H2A直接接觸會發生氧化還原反應，該反應消耗了電極活性物質，但沒有產生外部電流。因此在電池的正陽極之間設置了離子交換膜，將陰、陽極分隔開，大幅提高了電池的效率。[0030]表1 海水電池的反應方程式[0031]
權利要求1.一種複合型電極海水電池，包括一面帶有凹槽的陰極殼體和陽極殼體，所述陰極殼體凹槽和陽極殼體凹槽對應置於離子交換膜兩面並密封固裝成一體；陰極殼體凹槽內有陰極，陽極殼體凹槽內有作為陽極的輕金屬；陰極殼體凹槽底部有陰極端入液口和陰極端出液口 ；陽極殼體凹槽底部有陽極端入液口和陽極端出液口，其特徵在於所述陰極為含過氧化氫的溶液和澆鑄型AgCl板構成的複合電極AgCl/ H202。
2.根據權利要求1所述的複合型電極海水電池，其特徵在於所述含過氧化氫的溶液為 IM HC1+0. 5M H2O2 溶液。
3.根據權利要求1所述的複合型電極海水電池，其特徵在於所述陰極殼體和陽極殼體的凹槽外周端面上均置有密封圈。
4.根據權利要求1所述的複合型電極海水電池，其特徵在於所述陰極殼體上有陰極引出端；所述陽極殼體上有陽極引出端。
5.根據權利要求1所述的複合型電極海水電池，其特徵在於所述陰極殼體的凹槽外四周各制有一個陰極端固定孔，所述陽極殼體的凹槽外四周各制有一個陽極端固定孔，所述對應的陰極端固定孔和陽極端固定孔經螺栓固裝成一體。
6.根據權利要求1所述的複合型電極海水電池，其特徵在於所述輕合金為Mg合金、 Al合金、Li合金中一種。
專利摘要本實用新型涉及一種複合型電極海水電池，包括一面帶有凹槽的陰極殼體和陽極殼體，陰極殼體凹槽和陽極殼體凹槽對應置於離子交換膜兩面並密封固裝成一體；陰極殼體凹槽內有陰極，陽極殼體凹槽內有作為陽極的輕金屬；陰極殼體的凹槽底部有陰極端入液口和陰極端出液口；陽極殼體的凹槽底部有陽極端入液口和陽極端出液口，其特點是所述陰極為含過氧化氫的溶液和澆鑄型AgCl板構成的複合電極。本實用新型採用了AgCl/H2O2複合電極作為陰極，加大了電池工作的電流密度範圍，電池在低電流密度下，過氧化氫長時間放電，實現了電池的高比能量性能；電池在高電流密度下，氯化銀放電，實現了電池短時間的高倍率輸出的性能。
文檔編號H01M6/34GK202333035SQ201120499019
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月5日 優先權日2011年12月5日
發明者李偉慶, 王宇軒, 黃雯 申請人:中國電子科技集團公司第十八研究所