本发明涉及一种由多个交错连接的管状元件构 成的利用电解液进行电化学发电的 空气-金属-电池， 还涉及应用所述空气-金属-电池利用电解液进� ��电化学发电的方法。 背景技术

根据 DE 10 2009 035 314 B4， 公开了一种含有液体电解质的氧化还原液流型 的空 气-金属-电池以及一种通过使用所述氧化还原� ��流型的空气 -金属 -电池产生电能的方 法。 所述电池包括两个管状元件， 在所述两个管状元件之间构成的用于流体态电 解质 的空腔， 以及两个设置在所述管状元件上的电极。

通常， 用以发电的空气-金属单电池为平面膜。 与此相反， 在上文所述的氧化还原 液流型电池管使用圆柱形面， 因为由此更有利于物质传输， 而且机械构造可以得以简 化。 从而， 得到在电效率方面以及重量方面相对于平面的 单电池或电池的优势， 特别 是当将单电池微型化时。 在这种情况下， 容量比重量提高更多。

本发明的任务在于，实现一种由多个交错连接 的管状元件构成的空气-金属-电池以 及一种应用所述空气-金属-电池的方法， 由所述电池和所述方法明显改善容量与重量 的比率。 发明内容

为解决上述任务， 本发明提供一种由多个交错连接的元件构成的 、 利用电解液进 行电化学发电的空气-金属-电池， 其特征在于包括： 由管构成的第一内部元件， 其由 带孔的、 耐电解液的材料制成， 在所述管中构成的用于电解液的空腔， 在所述管的外 部围绕的作为第一电极的电集流体， 紧密贴合在所述电集流体外部的隔膜， 和包覆在 所述隔膜外部的作为第二电极的空气电极。

此外，本发明提供一种应用所述空气-金属-电� ��利用电解液进行电化学发电的方法， 其中通过将电解液喷入中心的内部管中， 并且通过将电解液经由带孔管的壁上的开口 分布到在内部管外的干燥金属粉末中， 将附着在金属格栅上的金属粉末润湿。 本发明涉及一种用于电化学发电的由管构成的 复合结构系统， 所述系统能够利用 反应性金属充电。 空气中的氧借助优选的碱性电解液氧化金属， 得以在空气-金属-单 电池或电池中通过电化学途径产生电流。 来自空气中的氧被还原， 为此， 在碱性环境 中由空气中的氧形成的 OH_离子从优选的多层空气电极中迁移出来，通 过多孔的隔膜， 并随后通过电解液例如苛性钾溶液， 到达带有集流体的金属电极。 空气电极由多叠层 系统组成， 包括疏水的外层， 例如由 Teflon制成， 具有极大的内部表面积的导电碳层 和由导电金属格栅或金属网构成的集流体层。 在层结构中随后是一个多孔的、 离子渗 透性隔膜， 所述隔膜将空气侧与金属侧电隔离。 金属侧设置以极细的金属粉末或极细 的金属粉尘形式存在的可氧化的金属， 或可氧化的金属化合物例如硼化物。 此处， 术 语 "可氧化的"特别指 "冷燃烧"过程。 作为可氧化的金属或金属化合物， 特别使用 锌、 锂和硼， 或硼化钛和硼化钒。 金属电极具有集流体。 所述集流体形成反应器或电 池的两极。 整个复合结构用电解液浸湿。 空气电极的疏水外层尽可能薄， 即优选约为 0.01 mm至 0.2 mm厚， 特别优选的厚度为 0.08 mm。 隔膜优选为带孔的管， 布置有多 个供电解液透过的小孔， 在此， 孔的直径优选在 0.1 cm至 0.9 cm范围内， 特别优选为 0.5 cm。

由根据本发明所述的具有在其内部构成的空腔 的带孔的管以及隔膜的组合， 更有 利于物质传输， 而且机械构造得以简化。 从而， 得到在电效率方面以及重量方面的优 势， 尤其是相对于平面的电池以及目前公知的管状 电池， 特别是当将所述电池微型化 时。 在这种情况下， 容量比重量提高明显更多。

根据本发明所述的空气-金属-电池功能上由被� ��孔隔膜隔开的圆柱状空气电极和 金属电极构成， 并且离子电流通过电解液， 特别是碱性电解液如苛性钾溶液， 在它们 之间流过。 其效能取决于决定离子流的参与成员以及结构 。 集电累积在金属电极和空 气电极中。 在此， 为了对电池充电， 将电解液喷射入或通过管泵入由碳或聚合物制 成 的带孔的、 耐电解液的内部管。 所述管构成用于电解液的空腔并且确保在任意 时间点 的可充电性。 所述管被由导线或金属格栅构成的电集流体围 绕。 用水或其它适合的流 体将金属粉末或金属粉尘涂敷在格栅中。 围绕金属粉尘同心地贴合隔膜， 其外部包覆 空气电极。 将所述复合结构牢固地压在一起。

对本发明特别重要的是电解液的进入和引导。 电解液填充在内部空腔内， 并且通 过带孔的内管壁上的开口，润湿为氧化所准备 的金属粉末或为氧化所准备的金属粉尘， 所述金属粉末或金属粉尘沉积在中心的内部管 周围。 由此， 非常有效地在很短的路径 上发生反应。 特别是在中心的内部管的外侧作为干燥金属粉 末或金属粉尘形式引入的 金属层， 带来了根据本发明的益处。 因此， 能够将电池放置任意长时间， 直到需要时 再充入电解液。 由此， 将自放电过程降低到最小。

在本发明的另一个实施方案中， 内部管由碳或由聚合物构成。 第一电极的电集流 体由金属格栅构成，利用流体，特别是水，将 金属粉末或金属粉尘涂敷在所述格栅中。

在本发明的又另一个实施方案中， 中心的带孔的管的圆柱面由导电的、 螺旋形卷 起的铜或金制成的线构成。 在此， 中心的带孔的管的圆柱面由铜或其它导电金属 的箔 形成的网 (；特别是通过蚀刻工艺)构成。 所述网具有 0.01 mm至 0.05 mm的厚度。

最后， 将由管、 集流体、 隔膜和空气电极组成的复合结构同心地交错配 合并紧密 地压在一起。

通过将电解液喷入中心的内部管中， 并且通过电解液经由带孔管的壁上的开口分 布到所述管外的干燥金属粉末中， 完成金属粉末或金属粉尘的润湿。 将带孔的管上的 孔或开口的数量和大小分配为， 将金属粉末直接并且完全地润湿。

中心的内部管的圆柱面由导电的、 围绕着中心的有孔管螺旋形卷起的线构成， 所 述线由铜或金制成。 代替所述线， 也能够用通过将由铜或其它导电金属制成的箔 蚀刻 而得到的网形成 0.01 mm-0.05 mm厚度的圆柱面。

通过与水或其它适合的流体结合， 以及涂敷在集流体中， 完成金属电极的金属粉 末沉积。

像纸一样薄的多孔隔膜的设置通过如下完成： 卷绕核心部分， 所述核心部分由作 为中心管的内部管、 集流体和金属粉末构成。

最后， 实施用平面的空气电极卷绕由中心管、 集流体、 金属粉末或金属粉尘以及 隔膜构成的管， 将其用粘合剂密封， 并将此芯组用弹性线， 优选用 Kevlar或聚乙烯制 成的弹性线缠绕， 使各层牢固贴合。 附图说明

现在借助一个根据本发明的空气-金属-电池实� ��例，更详细地说明本发明。其中： 图 1示出空气-金属-电池的横截面且

图 2示出根据图 1所示的空气 -金属 -电池部分轴截面。 具体实施方式 所述空气-金属-电池由多个交错连接的元件构� ��， 用于利用电解液 4 进行电化学 发电。 此处第一内部元件 1由带孔的耐电解液的材料制成的管 2构成， 其中， 引入直 径优选为 0.1 cm至 0.9 cm的孔或开口 10， 此处， 特别优选直径为 0.5 cm。在管 2中， 构造用于电解液 4的空腔 3。 管 2外部围绕作为第一电极 6的带有电集流体 5的金属 电极 6。在金属电极 6或电集流体 5外部紧密贴合隔膜 7， 隔膜 7外侧包覆作为第二电 极 9的空气电极 8。

像纸一样薄的隔膜 7的设置通过如下完成： 卷住核心部分， 所述核心部分由作为 中心管的内部管 2、 集流体 5和金属粉末或金属粉尘构成。

管 2由碳或聚合物制成。 用作第一电极 6的电集流体 5由金属格栅构成， 利用流 体， 特别是水， 将金属粉末或金属粉尘涂敷在所述格栅中。

中心的带孔的管 2的圆柱面 11由导电的、螺旋形卷起的线构成， 所述线由铜或金 制成。

中心的带孔的管 2的圆柱面 11由铜或其它导电金属箔制成的、特别是通过� ��刻工 艺制成的网构成。 所述网的厚度为 0.01 mm至 0.05 mm。

所述由管 2、集流体 5、隔膜 7和空气电极 8构成的复合结构同心地交错配合并紧 密地压在一起。

空气电极 8由多叠层系统组成， 包括疏水的外层， 例如由 Teflon制成， 具有极大 内部表面积的导电碳层和由导电金属格栅或金 属网构成的集流体层。 所述的疏水外层 是不吸水的， 并优选具有 0.01 mm至 0.20 mm范围内的厚度， 特别优选的厚度为 0.08 mm。所述空气电极在结构上通常符合应用于其� ��燃料电池的空气电极的结构。在层结 构中向内接着是多孔的、 离子渗透性隔膜 7， 所述隔膜 7将空气侧和金属侧电隔离。 可氧化的金属粉末， 此处为极细的金属粉尘， 对于金属侧， 以及金属电极 6或集流体 5 是必要的。 也能够用可氧化的金属化合物， 例如金属硼化物， 以及硼， 来代替金属 粉尘或金属粉末。 特别适合作为用于金属电极的电极材料是锌、 硼化钛、 硼化钒、 锂 和硼。 集流体形成反应器或电池的两极。 整个复合结构用电解液 4浸湿。 作为用于集 流体或隔膜的材料为较稀有的金属， 并特别优选是贵金属， 以达到更好的对不希望发 生的氧化过程的抗性， 并由此整体提高电池的寿命。