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哈尔滨工业大学铝空气电池专利浅析

序号

标题

申请号

申请日

1

多孔石墨烯的制备方法及石墨烯基铝-空气电池的制备方法

CN813.4

2013-07-23

2

铝空气电池循环过滤系统及方法

CN549.1

2015-09-12

3

一次性铝空气电池

CN431.6

2016-09-12

4

一种基于水力旋流作用的铝空气电池电解液循环系统

CN049.9

2017-03-14

5

铝空气电池电堆

CN150.7

2015-09-14

1、多孔石墨烯的制备方法及石墨烯基铝-空气电池的制备方法专利浅析

现有技术问题：由于铝空气电池具有比能量高、原材料来源丰富、使用安全、稳定性能好等特点，受到人们的广泛关注。用金属铝做阳极的铝空气电池作为一种新电池在市场上出现也已经有二十多年的时间了。但铝-空气电极仍存在不少问题，铝阳极的腐蚀和析氢作用，空气电极的极化现象严重，氧气的扩能能力偏低，空气电极对氧气的利用率较低。近几年，针对铝-空气电极中空气电极所存在的这些缺点，国内外研究学者对铝阳极的研究已经越来越成熟，阴极空气电极成为铝-空气电池的另一个研究热点。当空气电极具有导电、有催化活性、透气率高、不透液等特点时，电池的比能量可以得到很大提高。目前研究较多的铝-空气电池阴极催化剂主要有二氧化锰类、钙钛矿类、金属有机大环螯合物类和贵金属类，但迄今为止这些催化剂都未得到广泛运用。石墨烯材料是一种由单层石墨片组成的纳米材料，具有优异的导电性、力学性能及催化活性，已成为物理、化学和材料学等众多学科研究人员的关注热点。目前已有报道将石墨烯运用于锂-空气电池、钠空气电池等金属空气电池，但仍未见报道将石墨烯运用到铝-空气电池当中，因此，将石墨烯作为阴极催化剂运用到铝-空气电池当中具有非常重要的意义。

技术特征：多孔石墨烯的制备方法及石墨烯基铝-空气电池的制备方法，属于材料合成及应用领域。所述多孔石墨烯按照如下步骤进行制备：以氧化石墨为前驱体，在马弗炉中对其进行高温热处理，然后分散在乙醇里，超声波处理制备石墨烯催化剂。所述石墨烯基铝-空气电池的制备方法包括空气电极扩散层的制备、石墨烯催化层的制备、空气电极的组装三步骤。

有益效果：在将石墨烯运用到铝-空气电池之后，其恒流放电电压平台比钙钛矿、二氧化锰等催化剂的要高，电池的稳定性也明显提高。另一方面，石墨烯的制备方法简单，性能优异，因此能大量生产，降低催化剂的制作成本，提高电池的催化效果。

2、铝空气电池循环过滤系统及方法专利浅析

现有技术问题：当前全球能源供给日趋匮乏，人们正在积极探索新的能源。燃料电池由于其高效、洁净等诸多优点，已成为当今世界新能源领域的开发热点之一。铝-空气电池作为一种燃料电池，以空气中的氧气作为正极活性物质，纯铝作为负极活性物质。铝-空气电池由于能量密度大，成为高能量、大功率备用电源的优先选择。由于采用的电解液不同，铝-空气电池的反应机理亦不同。碱性条件下铝-空气电池的主要反应如下：阳极反应： Al+4OH-=Al(OH)4-+3e-阴极反应： O2+2H2O+4e-=4OH-电池的总反应为：4Al+3O2+6H2O+4OH-=4Al(OH)4-存在如下腐蚀反应：2Al+6H2O=2Al(OH)3+3H2在碱性条件下，电池放电电压较高，可适用于小功率电源，也可适用于中高功率电源。中性条件下，反应产物为不可溶的氢氧化铝胶体，目前一般在电解液中添加特殊的抑制剂，使胶体以结晶化粉末的形式从阳极上脱落，避免其影响电池反应的进行。而在碱性条件下反应开始的产物为可溶的Al(OH)4-，后期有氢氧化铝析出，因此碱性性铝-空气电池在设计上比较复杂，辅助设施也较多。目前铝-空气电池应用技术取得了很大的发展，但是仍未能实现大规模应用。主要原因在于一些相关技术尚未十分成熟，仍存在一些问题亟待解决。国内关于铝-空气电池的相关研究报道极少，也没有对铝-空气电池电解液循环过滤的研究。国外研究中提到一般的中、高功率大型铝-空气电池组需要电解液循环系统。电解液循环过程中添加特殊的抑制剂，使电池反应产物三水铝石结晶沉淀，通过过滤的方法将其除去，但是分离装置及其过程尚不可知，也没有相关的研究和报道。国内关于铝-空气电池的相关研究和报道极少，远远落后于国外对铝-空气电池的研究。因此有必要设计一种电解液循环过滤系统，用特殊方法使三水铝石结晶析出以便从电解液中分离，保证电池反应顺利进行，延长电池工作时间。

技术特征：一种铝空气电池循环过滤系统，包括储液槽、压力泵、铝空气电池电堆、热交换器、温度传感器、电池反应产物沉降槽和过滤器，其特征在于所述沉降槽中装有超声装置和晶种添加装置，储液槽带有电解液自动补加装置。2.根据权利要求1所述的铝空气电池循环过滤系统，其特征在于所述储液槽的出料口经压力泵与铝空气电池电堆的进料口相连，铝空气电池电堆的出料口经热交换器和温度传感器与电池反应产物沉降槽的进料口相连，电池反应产物沉降槽的出料口经过滤器、压力表与储液槽的进料口相连。3.一种利用权利要求1或2所述铝空气电池循环过滤系统进行铝空气电池循环过滤的方法，其特征在于所述方法步骤如下：步骤一：铝空气电池电堆开始工作后，压力泵在铝空气电池电堆供电下工作，将电解液从储液槽中通入铝空气电池电堆；步骤二：从铝空气电池电堆流出的反应后的电解液在热交换器中加热，达到40-80℃后，进入电池反应产物沉降槽，电解液达到电池反应产物沉降槽体积1/2-2/3后，压力泵停止工作，停止供液；步骤三：电解液进入电池反应产物沉降槽后，超声装置开始工作，同时，添加Al（OH）3晶种，在温度、超声、晶种的三重作用下，三水铝石会快速沉降；步骤四：沉降完成后的电解液进入过滤器，在过滤器的作用下，进一步过滤，保证三水铝石去除干净，同时压力泵可继续工作，使需要处理的电解液继续进入电池反应产物沉降槽沉降；步骤五：过滤完成的电解液会在储液槽中收集，同时由于反应后电解液浓度下降，需要补充高浓度电解液，以维持浓度恒定。4.根据权利要求3所述的铝空气电池循环过滤的方法，其特征在于所述步骤二中，温度为80℃。5.根据权利要求3所述的铝空气电池循环过滤的方法，其特征在于所述超声时间为60min。6.根据权利要求3所述的铝空气电池循环过滤的方法，其特征在于所述超声时间为40-60min。7.根据权利要求3所述的铝空气电池循环过滤的方法，其特征在于所述超声时间为60min。8.根据权利要求3所述的铝空气电池循环过滤的方法，其特征在于所述晶种添加量为5-30g/L。9.根据权利要求3所述的铝空气电池循环过滤的方法，其特征在于所述晶种添加量为20g/L。10.根据权利要求3所述的铝空气电池循环过滤的方法，其特征在于所述高浓度电解液的浓度为15mol/L。

技术效果：在沉降槽中安装有超声装置和晶种添加装置，对于铝空气电池电堆反应过程中产生的三水铝石具有极强的过滤能力和过滤效率；储液槽可自动补加高浓度电解液，保证电池工作过程中电解液浓度的恒定。

3、一次性铝空气电池专利浅析

现有技术问题：当前全球能源供给日趋匮乏，人们正在积极探索新的能源。燃料电池由于其高效、洁净等诸多优点，已成为当今世界新能源领域的开发热点之一。铝-空气电池作为一种燃料电池，具有能量密度大、铝阳极材料来源丰富、无污染、可靠性高、安全性好等优点，因而在众多燃料电池电池中脱颖而出，其应用前景被世界各国看好。美国、加拿大、前南斯拉夫、印度、英国等国都在进行积极研究。由于良好性能的空气电极成功研制，使得铝-空气电池的研究取得了很大的进展。国外在大、中、小功率铝-空气电池的研究方面取得了很大的进展。

技术特征：一种一次性铝-空气电池，其特征在于所述一次性铝-空气电池至少包含一个由铝电极、空气电极、吸湿剂、电解质和电池壳构成的单体电池，所述吸湿剂由吸湿材料和离子交换膜构成，吸湿材料和电解质表面由离子交换膜包覆，吸湿剂一侧贴于铝电极表面，另一侧与空气电极接触，通过电池壳控制铝电极和空气电极间距固定。

技术效果：无需补加电解液，可以从空气中吸收水分，自己生成电解液，从而减轻了电池质量，使电池具有超高的能量密度。

4、一种基于水力旋流作用的铝空气电池电解液循环系统专利浅析

现有技术：铝空气燃料电池是以空气中的氧气作为正极活性物质，以具有高能量密度的高纯铝或铝合金作为电池负极，以KOH、NaOH作为电解液，从而将金属铝中蕴藏的大量化学能转变成为电能。与现行其它化学电源相比，铝空气电池具有以下独特的优势：一是比能量高，其比能量理论上可高达8718 Wh／kg，目前实际可达到300～400 Wh／kg，远高于其他各种电池。二是铝空气电池具有非常稳定的放电电压和较高的瞬时输出功率。

影响铝空气电池使用的关键问题之一是电解液反应产物的处理，同时放电过程中铝电极在强碱溶液中会发生自腐蚀反应，其成流反应和腐蚀反应的产物均为铝酸盐，在一定条件下铝酸盐会生成氢氧化铝和氧化铝晶粒，在电解液中不易直接滤除。电解液中铝的腐蚀产物含量过高会引起铝阳极钝化、空气电极毒化，导致铝空气电池电压下降，并且Al（OH）3在电解液中蓄积越多会导致电解液变粘稠，不利于反应产物扩散，降低铝空气电池的比容量。

目前国内关于铝空气电池电解液中反应产物的处理与分离报道极少，已有的设计也存在过滤系统能耗高、成本高、体积大、氢氧化铝和氧化铝颗粒无法回收利用等问题。

技术特征：一种基于水力旋流作用的铝空气电池电解液循环系统，其特征在于所述铝空气电池电解液循环系统由铝空气电池组、电解液储液桶、隔膜泵和沉淀收集装置构成，其中：所述电解液储液桶的上部设有出液口，底部设有排污阀，出液口经管道与隔膜泵的入口相连；所述沉淀收集装置由旋流器和沉淀收集箱构成，旋流器进液口经液体加速管与隔膜泵的出口相连，旋流器顶部出液口经管道与铝空气电池组进液口相连，铝空气电池组出液口经管道与电解液储液桶相连，旋流器底部出液口经旋流器底流管与沉淀收集箱相连；沉淀收集箱的上部设有出液口，底部设有排污阀，出液口经支路与电解液储液桶和隔膜泵之间的管道相连，支路上设有单向阀和管路阀门。

技术效果：该系统设计结构简单、能耗少、维修方便，极大地减少了铝空气电池组电解液用量。

5、铝空气电池电堆专利浅析

现有技术：当前全球能源供给日趋匮乏，人们正在积极探索新的能源。燃料电池由于其高效、洁净等诸多优点，已成为当今世界新能源领域的开发热点之一。铝-空气电池作为一种燃料电池，具有能量密度大，铝阳极材料来源丰富，无污染，可靠性高，安全性好等优点，因而在众多燃料电池电池中脱颖而出，其应用前景被世界各国看好。美国、加拿大、前南斯拉夫、印度、英国等国都在进行积极研究。由于良好性能的空气电极成功研制，使得铝-空气电池的研究取得了很大的进展。国外在大、中、小功率铝-空气电池的研究方面取得了很大的进展。

技术特征：一种铝空气电池电堆，其特征在于所述电堆由前面板、厚格栅、格栅、空气电极、加强格栅、电池外骨架、厚电池外骨架、铝电极、铝电极座、后盖及空气流道构成，其中：所述前面板和后盖之间设置有电池外骨架和厚电池外骨架，电池外骨架的个数至少为一个，厚电池外骨架的个数为一个；所述前面板和电池外骨架之间、后盖和厚电池外骨架之间均依次设置有厚格栅、空气电极和加强格栅；所述电池外骨架和厚电池外骨架之间依次设置有加强格栅、空气电极、格栅、格栅、空气电极和加强格栅；所述铝电极插在铝电极座上，铝电极座插在电池外骨架和厚电池外骨架的顶部；所述厚格栅的凸台面向前面板和后盖，与前面板和后盖之间形成空气流道；所述电池外骨架和厚电池外骨架之间的两个格栅的凸台相对设置形成空气流道；所述位于电池外骨架和厚电池外骨架两侧的加强格栅的凸台相对放置在铝电极两侧，形成空气流道形成电解液流通的腔体；所述电池外骨架和厚电池外骨架包括进液口、进液流道、电池反应腔、出液流道和出液口；所述前面板的进料口与电池外骨架和厚电池外骨架的进料口连通，前面板的出料口与电池外骨架和厚电池外骨架的出料口连通。

技术效果：可串联多个单体电池，极大的简化了电池结构，提高了电池的电压和功率。

名字普通实则很厉害的大学，这样的学校挺多的。

西北农林科技大学，名字不起眼，可是人家是中央直管的副部级全国重点大学。

武汉理工大学，名字不起眼，其实是教育部直属的211全国重点大学。

哈尔滨工业大学，名字不起眼，实际上是中国最顶尖的理工科大学，九校联盟成员。

西南大学，也是教育部直属的211全国重点大学。

还有华中农业大学、华中师范大学，名字都不是高大上。

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