哈爾濱工業大學鋁空氣電池專利淺析
序號
標題
申請號
申請日
1
多孔石墨烯的制備方法及石墨烯基鋁-空氣電池的制備方法
CN813.4
2013-07-23
2
鋁空氣電池循環過濾系統及方法
CN549.1
2015-09-12
3
壹次性鋁空氣電池
CN431.6
2016-09-12
4
壹種基於水力旋流作用的鋁空氣電池電解液循環系統
CN049.9
2017-03-14
5
鋁空氣電池電堆
CN150.7
2015-09-14
1、多孔石墨烯的制備方法及石墨烯基鋁-空氣電池的制備方法專利淺析
現有技術問題：由於鋁空氣電池具有比能量高、原材料來源豐富、使用安全、穩定性能好等特點，受到人們的廣泛關註。用金屬鋁做陽極的鋁空氣電池作為壹種新電池在市場上出現也已經有二十多年的時間了。但鋁-空氣電極仍存在不少問題，鋁陽極的腐蝕和析氫作用，空氣電極的極化現象嚴重，氧氣的擴能能力偏低，空氣電極對氧氣的利用率較低。近幾年，針對鋁-空氣電極中空氣電極所存在的這些缺點，國內外研究學者對鋁陽極的研究已經越來越成熟，陰極空氣電極成為鋁-空氣電池的另壹個研究熱點。當空氣電極具有導電、有催化活性、透氣率高、不透液等特點時，電池的比能量可以得到很大提高。目前研究較多的鋁-空氣電池陰極催化劑主要有二氧化錳類、鈣鈦礦類、金屬有機大環螯合物類和貴金屬類，但迄今為止這些催化劑都未得到廣泛運用。石墨烯材料是壹種由單層石墨片組成的納米材料，具有優異的導電性、力學性能及催化活性，已成為物理、化學和材料學等眾多學科研究人員的關註熱點。目前已有報道將石墨烯運用於鋰-空氣電池、鈉空氣電池等金屬空氣電池，但仍未見報道將石墨烯運用到鋁-空氣電池當中，因此，將石墨烯作為陰極催化劑運用到鋁-空氣電池當中具有非常重要的意義。
技術特征：多孔石墨烯的制備方法及石墨烯基鋁-空氣電池的制備方法，屬於材料合成及應用領域。所述多孔石墨烯按照如下步驟進行制備：以氧化石墨為前驅體，在馬弗爐中對其進行高溫熱處理，然後分散在乙醇裏，超聲波處理制備石墨烯催化劑。所述石墨烯基鋁-空氣電池的制備方法包括空氣電極擴散層的制備、石墨烯催化層的制備、空氣電極的組裝三步驟。
有益效果：在將石墨烯運用到鋁-空氣電池之後，其恒流放電電壓平臺比鈣鈦礦、二氧化錳等催化劑的要高，電池的穩定性也明顯提高。另壹方面，石墨烯的制備方法簡單，性能優異，因此能大量生產，降低催化劑的制作成本，提高電池的催化效果。
2、鋁空氣電池循環過濾系統及方法專利淺析
現有技術問題：當前全球能源供給日趨匱乏，人們正在積極探索新的能源。燃料電池由於其高效、潔凈等諸多優點，已成為當今世界新能源領域的開發熱點之壹。鋁-空氣電池作為壹種燃料電池，以空氣中的氧氣作為正極活性物質，純鋁作為負極活性物質。鋁-空氣電池由於能量密度大，成為高能量、大功率備用電源的優先選擇。由於采用的電解液不同，鋁-空氣電池的反應機理亦不同。堿性條件下鋁-空氣電池的主要反應如下：陽極反應： Al+4OH-=Al(OH)4-+3e-陰極反應： O2+2H2O+4e-=4OH-電池的總反應為：4Al+3O2+6H2O+4OH-=4Al(OH)4-存在如下腐蝕反應：2Al+6H2O=2Al(OH)3+3H2在堿性條件下，電池放電電壓較高，可適用於小功率電源，也可適用於中高功率電源。中性條件下，反應產物為不可溶的氫氧化鋁膠體，目前壹般在電解液中添加特殊的抑制劑，使膠體以結晶化粉末的形式從陽極上脫落，避免其影響電池反應的進行。而在堿性條件下反應開始的產物為可溶的Al(OH)4-，後期有氫氧化鋁析出，因此堿性性鋁-空氣電池在設計上比較復雜，輔助設施也較多。目前鋁-空氣電池應用技術取得了很大的發展，但是仍未能實現大規模應用。主要原因在於壹些相關技術尚未十分成熟，仍存在壹些問題亟待解決。國內關於鋁-空氣電池的相關研究報道極少，也沒有對鋁-空氣電池電解液循環過濾的研究。國外研究中提到壹般的中、高功率大型鋁-空氣電池組需要電解液循環系統。電解液循環過程中添加特殊的抑制劑，使電池反應產物三水鋁石結晶沈澱，通過過濾的方法將其除去，但是分離裝置及其過程尚不可知，也沒有相關的研究和報道。國內關於鋁-空氣電池的相關研究和報道極少，遠遠落後於國外對鋁-空氣電池的研究。因此有必要設計壹種電解液循環過濾系統，用特殊方法使三水鋁石結晶析出以便從電解液中分離，保證電池反應順利進行，延長電池工作時間。
技術特征：壹種鋁空氣電池循環過濾系統，包括儲液槽、壓力泵、鋁空氣電池電堆、熱交換器、溫度傳感器、電池反應產物沈降槽和過濾器，其特征在於所述沈降槽中裝有超聲裝置和晶種添加裝置，儲液槽帶有電解液自動補加裝置。2.根據權利要求1所述的鋁空氣電池循環過濾系統，其特征在於所述儲液槽的出料口經壓力泵與鋁空氣電池電堆的進料口相連，鋁空氣電池電堆的出料口經熱交換器和溫度傳感器與電池反應產物沈降槽的進料口相連，電池反應產物沈降槽的出料口經過濾器、壓力表與儲液槽的進料口相連。3.壹種利用權利要求1或2所述鋁空氣電池循環過濾系統進行鋁空氣電池循環過濾的方法，其特征在於所述方法步驟如下：步驟壹：鋁空氣電池電堆開始工作後，壓力泵在鋁空氣電池電堆供電下工作，將電解液從儲液槽中通入鋁空氣電池電堆；步驟二：從鋁空氣電池電堆流出的反應後的電解液在熱交換器中加熱，達到40-80℃後，進入電池反應產物沈降槽，電解液達到電池反應產物沈降槽體積1/2-2/3後，壓力泵停止工作，停止供液；步驟三：電解液進入電池反應產物沈降槽後，超聲裝置開始工作，同時，添加Al（OH）3晶種，在溫度、超聲、晶種的三重作用下，三水鋁石會快速沈降；步驟四：沈降完成後的電解液進入過濾器，在過濾器的作用下，進壹步過濾，保證三水鋁石去除幹凈，同時壓力泵可繼續工作，使需要處理的電解液繼續進入電池反應產物沈降槽沈降；步驟五：過濾完成的電解液會在儲液槽中收集，同時由於反應後電解液濃度下降，需要補充高濃度電解液，以維持濃度恒定。4.根據權利要求3所述的鋁空氣電池循環過濾的方法，其特征在於所述步驟二中，溫度為80℃。5.根據權利要求3所述的鋁空氣電池循環過濾的方法，其特征在於所述超聲時間為60min。6.根據權利要求3所述的鋁空氣電池循環過濾的方法，其特征在於所述超聲時間為40-60min。7.根據權利要求3所述的鋁空氣電池循環過濾的方法，其特征在於所述超聲時間為60min。8.根據權利要求3所述的鋁空氣電池循環過濾的方法，其特征在於所述晶種添加量為5-30g/L。9.根據權利要求3所述的鋁空氣電池循環過濾的方法，其特征在於所述晶種添加量為20g/L。10.根據權利要求3所述的鋁空氣電池循環過濾的方法，其特征在於所述高濃度電解液的濃度為15mol/L。
技術效果：在沈降槽中安裝有超聲裝置和晶種添加裝置，對於鋁空氣電池電堆反應過程中產生的三水鋁石具有極強的過濾能力和過濾效率；儲液槽可自動補加高濃度電解液，保證電池工作過程中電解液濃度的恒定。
3、壹次性鋁空氣電池專利淺析
現有技術問題：當前全球能源供給日趨匱乏，人們正在積極探索新的能源。燃料電池由於其高效、潔凈等諸多優點，已成為當今世界新能源領域的開發熱點之壹。鋁-空氣電池作為壹種燃料電池，具有能量密度大、鋁陽極材料來源豐富、無汙染、可靠性高、安全性好等優點，因而在眾多燃料電池電池中脫穎而出，其應用前景被世界各國看好。美國、加拿大、前南斯拉夫、印度、英國等國都在進行積極研究。由於良好性能的空氣電極成功研制，使得鋁-空氣電池的研究取得了很大的進展。國外在大、中、小功率鋁-空氣電池的研究方面取得了很大的進展。
技術特征：壹種壹次性鋁-空氣電池，其特征在於所述壹次性鋁-空氣電池至少包含壹個由鋁電極、空氣電極、吸濕劑、電解質和電池殼構成的單體電池，所述吸濕劑由吸濕材料和離子交換膜構成，吸濕材料和電解質表面由離子交換膜包覆，吸濕劑壹側貼於鋁電極表面，另壹側與空氣電極接觸，通過電池殼控制鋁電極和空氣電極間距固定。
技術效果：無需補加電解液，可以從空氣中吸收水分，自己生成電解液，從而減輕了電池質量，使電池具有超高的能量密度。
4、壹種基於水力旋流作用的鋁空氣電池電解液循環系統專利淺析
現有技術：鋁空氣燃料電池是以空氣中的氧氣作為正極活性物質，以具有高能量密度的高純鋁或鋁合金作為電池負極，以KOH、NaOH作為電解液，從而將金屬鋁中蘊藏的大量化學能轉變成為電能。與現行其它化學電源相比，鋁空氣電池具有以下獨特的優勢：壹是比能量高，其比能量理論上可高達8718 Wh／kg，目前實際可達到300～400 Wh／kg，遠高於其他各種電池。二是鋁空氣電池具有非常穩定的放電電壓和較高的瞬時輸出功率。
影響鋁空氣電池使用的關鍵問題之壹是電解液反應產物的處理，同時放電過程中鋁電極在強堿溶液中會發生自腐蝕反應，其成流反應和腐蝕反應的產物均為鋁酸鹽，在壹定條件下鋁酸鹽會生成氫氧化鋁和氧化鋁晶粒，在電解液中不易直接濾除。電解液中鋁的腐蝕產物含量過高會引起鋁陽極鈍化、空氣電極毒化，導致鋁空氣電池電壓下降，並且Al（OH）3在電解液中蓄積越多會導致電解液變粘稠，不利於反應產物擴散，降低鋁空氣電池的比容量。
目前國內關於鋁空氣電池電解液中反應產物的處理與分離報道極少，已有的設計也存在過濾系統能耗高、成本高、體積大、氫氧化鋁和氧化鋁顆粒無法回收利用等問題。
技術特征：壹種基於水力旋流作用的鋁空氣電池電解液循環系統，其特征在於所述鋁空氣電池電解液循環系統由鋁空氣電池組、電解液儲液桶、隔膜泵和沈澱收集裝置構成，其中：所述電解液儲液桶的上部設有出液口，底部設有排汙閥，出液口經管道與隔膜泵的入口相連；所述沈澱收集裝置由旋流器和沈澱收集箱構成，旋流器進液口經液體加速管與隔膜泵的出口相連，旋流器頂部出液口經管道與鋁空氣電池組進液口相連，鋁空氣電池組出液口經管道與電解液儲液桶相連，旋流器底部出液口經旋流器底流管與沈澱收集箱相連；沈澱收集箱的上部設有出液口，底部設有排汙閥，出液口經支路與電解液儲液桶和隔膜泵之間的管道相連，支路上設有單向閥和管路閥門。
技術效果：該系統設計結構簡單、能耗少、維修方便，極大地減少了鋁空氣電池組電解液用量。
5、鋁空氣電池電堆專利淺析
現有技術：當前全球能源供給日趨匱乏，人們正在積極探索新的能源。燃料電池由於其高效、潔凈等諸多優點，已成為當今世界新能源領域的開發熱點之壹。鋁-空氣電池作為壹種燃料電池，具有能量密度大，鋁陽極材料來源豐富，無汙染，可靠性高，安全性好等優點，因而在眾多燃料電池電池中脫穎而出，其應用前景被世界各國看好。美國、加拿大、前南斯拉夫、印度、英國等國都在進行積極研究。由於良好性能的空氣電極成功研制，使得鋁-空氣電池的研究取得了很大的進展。國外在大、中、小功率鋁-空氣電池的研究方面取得了很大的進展。
技術特征：壹種鋁空氣電池電堆，其特征在於所述電堆由前面板、厚格柵、格柵、空氣電極、加強格柵、電池外骨架、厚電池外骨架、鋁電極、鋁電極座、後蓋及空氣流道構成，其中：所述前面板和後蓋之間設置有電池外骨架和厚電池外骨架，電池外骨架的個數至少為壹個，厚電池外骨架的個數為壹個；所述前面板和電池外骨架之間、後蓋和厚電池外骨架之間均依次設置有厚格柵、空氣電極和加強格柵；所述電池外骨架和厚電池外骨架之間依次設置有加強格柵、空氣電極、格柵、格柵、空氣電極和加強格柵；所述鋁電極插在鋁電極座上，鋁電極座插在電池外骨架和厚電池外骨架的頂部；所述厚格柵的凸臺面向前面板和後蓋，與前面板和後蓋之間形成空氣流道；所述電池外骨架和厚電池外骨架之間的兩個格柵的凸臺相對設置形成空氣流道；所述位於電池外骨架和厚電池外骨架兩側的加強格柵的凸臺相對放置在鋁電極兩側，形成空氣流道形成電解液流通的腔體；所述電池外骨架和厚電池外骨架包括進液口、進液流道、電池反應腔、出液流道和出液口；所述前面板的進料口與電池外骨架和厚電池外骨架的進料口連通，前面板的出料口與電池外骨架和厚電池外骨架的出料口連通。
技術效果：可串聯多個單體電池，極大的簡化了電池結構，提高了電池的電壓和功率。