Nadie reconoce la obsesión de los estudiantes del Instituto de Tecnología de Harbin con las matemáticas durante 20 años.
Un breve análisis de la patente de batería de aluminio-aire del Instituto de Tecnología de Harbin
Número de serie
Título
Número de solicitud
Fecha de aplicación
1
Método de preparación de grafeno poroso y método de preparación de batería de aluminio-aire a base de grafeno
CN813.4
2013 -07-23
2
Sistema y método de filtración por circulación de batería de aire de aluminio
CN549.1
2015- 09-12
3
Batería desechable aluminio-aire
CN431.6
2016-09-12
4
Un sistema de circulación de electrolitos de batería de aluminio-aire basado en hidrociclón
CN049.9
2017-03-14
5
Pila de batería de aire de aluminio
CN150.7
2015-09-14
1 Método de preparación de grafeno poroso y a. breve análisis de patentes para el método de preparación de baterías de aluminio-aire a base de grafeno
Problemas técnicos existentes: debido a que las baterías de aluminio-aire tienen las características de alta energía específica, ricas fuentes de materias primas, uso seguro y buena estabilidad, son favorecidos por la atención generalizada. Las baterías de aluminio-aire que utilizan aluminio metálico como ánodo aparecen en el mercado como baterías nuevas desde hace más de 20 años. Sin embargo, todavía hay muchos problemas en el electrodo de aluminio-aire: la corrosión y el desprendimiento de hidrógeno del ánodo de aluminio, el grave fenómeno de polarización del electrodo de aire, la baja capacidad de expansión de energía del oxígeno y la baja tasa de utilización del oxígeno por parte del electrodo. electrodo de aire. En los últimos años, en respuesta a estas deficiencias del electrodo de aire en los electrodos de aire-aluminio, los investigadores nacionales y extranjeros se han vuelto cada vez más maduros en su investigación sobre ánodos de aluminio, y los electrodos de aire catódicos se han convertido en otro punto de investigación en baterías de aluminio-aire. . Cuando el electrodo de aire tiene las características de conductividad, actividad catalítica, alta permeabilidad al aire e impermeabilidad a los líquidos, la energía específica de la batería se puede mejorar enormemente. En la actualidad, los catalizadores catódicos para baterías de aluminio-aire que se han estudiado ampliamente incluyen dióxido de manganeso, perovskitas, quelatos macrocíclicos organometálicos y metales preciosos. Sin embargo, hasta ahora, estos catalizadores no se han utilizado ampliamente. El material de grafeno es un nanomaterial compuesto por una sola capa de láminas de grafito. Tiene una excelente conductividad eléctrica, propiedades mecánicas y actividad catalítica. Se ha convertido en un foco de investigación en muchas disciplinas como la física, la química y la ciencia de los materiales. Ha habido informes sobre el uso de grafeno en baterías de metal-aire, como baterías de litio-aire y baterías de sodio-aire, pero no ha habido informes sobre el uso de grafeno en baterías de aluminio-aire. Por lo tanto, el grafeno se utiliza como catalizador catódico en aluminio. -baterías de aire. Es de gran importancia en las baterías de aire.
Características técnicas: El método de preparación de grafeno poroso y el método de preparación de batería de aluminio-aire a base de grafeno pertenecen al campo de la síntesis y aplicación de materiales. El grafeno poroso se prepara siguiendo los siguientes pasos: utilizando óxido de grafito como precursor, sometiéndolo a un tratamiento térmico a alta temperatura en un horno de mufla, luego dispersándolo en etanol y tratamiento ultrasónico para preparar un catalizador de grafeno. El método de preparación de la batería de aluminio-aire a base de grafeno incluye tres pasos: preparación de la capa de difusión del electrodo de aire, preparación de la capa catalítica de grafeno y montaje del electrodo de aire.
Efectos beneficiosos: después de aplicar grafeno a baterías de aluminio-aire, su plataforma de voltaje de descarga de corriente constante es mayor que la de la perovskita, el dióxido de manganeso y otros catalizadores, y la estabilidad de la batería también mejora significativamente. Por otro lado, el grafeno tiene un método de preparación sencillo y un rendimiento excelente, por lo que puede producirse en masa, reduciendo el coste de producción del catalizador y mejorando el efecto catalítico de la batería.
2. Breve análisis de las patentes de métodos y sistemas de filtración por circulación de baterías de aluminio-aire
Problemas técnicos existentes: el suministro de energía global actual es cada vez más escaso y la gente está explorando activamente nuevas energías. fuentes. Debido a su alta eficiencia, limpieza y muchas otras ventajas, las pilas de combustible se han convertido en uno de los puntos calientes del desarrollo en el campo de las nuevas energías en el mundo actual. Como pila de combustible, la batería de aluminio-aire utiliza oxígeno del aire como material activo positivo y aluminio puro como material activo negativo.
Las baterías de aluminio-aire se han convertido en la opción preferida para fuentes de energía de respaldo de alta energía y potencia debido a su alta densidad de energía. Debido a los diferentes electrolitos utilizados, los mecanismos de reacción de las baterías de aluminio-aire también son diferentes. Las principales reacciones de las baterías de aluminio-aire en condiciones alcalinas son las siguientes: Reacción anódica: Al 4OH-=Al(OH)4- 3e-Reacción catódica: O2 2H2O 4e-=4OH-La reacción total de la batería es: 4Al 3O2 6H2O 4OH-= 4Al(OH)4- tiene la siguiente reacción de corrosión: 2Al 6H2O=2Al(OH)3 3H2 En condiciones alcalinas, el voltaje de descarga de la batería es alto y se puede aplicar a fuentes de alimentación de baja potencia, así como a Fuentes de alimentación de media y alta potencia. En condiciones neutras, el producto de la reacción es un coloide de hidróxido de aluminio insoluble. Actualmente, generalmente se agregan inhibidores especiales al electrolito para hacer que el coloide se caiga del ánodo en forma de polvo cristalizado para evitar afectar la reacción de la batería. El producto que inicia la reacción en condiciones alcalinas es Al(OH)4- soluble, y el hidróxido de aluminio precipita más tarde. Por lo tanto, el diseño de la batería alcalina de aluminio-aire es más complicado y tiene muchas instalaciones auxiliares. En la actualidad, la tecnología de aplicación de baterías de aluminio-aire ha logrado grandes avances, pero aún no ha podido lograr una aplicación a gran escala. La razón principal es que algunas tecnologías relacionadas aún no están muy maduras y todavía quedan algunos problemas por resolver. Hay muy pocos informes de investigación nacionales sobre baterías de aluminio-aire y no hay investigaciones sobre la filtración de circulación de electrolitos de baterías de aluminio-aire. Estudios extranjeros han mencionado que los paquetes de baterías de aluminio-aire a gran escala de potencia media y alta en general requieren sistemas de circulación de electrolitos. Se añaden inhibidores especiales durante el proceso de circulación del electrolito para precipitar los cristales de gibbsita del producto de reacción de la batería, que se eliminan mediante filtración. Sin embargo, el dispositivo de separación y su proceso aún no se conocen y no existen estudios ni informes relevantes. Hay muy pocos estudios e informes nacionales sobre baterías de aluminio-aire, que están muy por detrás de las investigaciones extranjeras sobre baterías de aluminio-aire. Por lo tanto, es necesario diseñar un sistema de filtración de circulación de electrolito y utilizar un método especial para cristalizar la gibbsita para separarla del electrolito, asegurando el buen progreso de la reacción de la batería y extendiendo el tiempo de funcionamiento de la batería.
Características técnicas: un sistema de filtración por circulación de batería de aluminio-aire, que incluye un tanque de almacenamiento de líquido, una bomba de presión, una batería de aluminio-aire, un intercambiador de calor, un sensor de temperatura, un tanque de sedimentación del producto de reacción de la batería. y un filtro se caracteriza porque el tanque de sedimentación está equipado con un dispositivo ultrasónico y un dispositivo de adición de semillas de cristal, y el tanque de almacenamiento de líquido está equipado con un dispositivo de reposición automática de electrolitos. 2. El sistema de filtración por circulación de batería de aluminio-aire de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el puerto de descarga del tanque de almacenamiento de líquido está conectado al puerto de alimentación de la pila de baterías de aluminio-aire a través de una bomba de presión, y la salida del aluminio-aire -La pila de batería de aire es el puerto de alimentación está conectado al puerto de alimentación del tanque de sedimentación del producto de reacción de la batería a través de un intercambiador de calor y un sensor de temperatura, y el puerto de descarga del tanque de sedimentación del producto de reacción de la batería está conectado al puerto de alimentación del líquido tanque de almacenamiento a través de un filtro y un manómetro. 3. Un método para llevar a cabo la filtración por circulación de baterías de aluminio-aire usando el sistema de filtración por circulación de baterías de aluminio-aire de la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque los pasos del método son los siguientes: Paso 1: Después de la pila de baterías de aluminio-aire comienza a funcionar, la bomba de presión Trabajando bajo la fuente de alimentación de la batería de aluminio-aire, el electrolito pasa desde el tanque de almacenamiento de líquido a la batería de aluminio-aire Paso 2: El electrolito reaccionado fluye desde la batería de aluminio-aire; La pila se calienta en el intercambiador de calor para alcanzar 40-80 ℃, ingresa al tanque de sedimentación del producto de reacción de la batería. Después de que el electrolito alcanza 1/2-2/3 del volumen del tanque de sedimentación del producto de reacción de la batería, la bomba de presión se detiene. funciona y el suministro de líquido se detiene. Paso 3: el electrolito ingresa al producto de reacción de la batería y se asienta después del tanque, el dispositivo ultrasónico comienza a funcionar y, al mismo tiempo, agrega el cristal semilla de Al(OH)3. de temperatura, ultrasonido y semilla de cristal, la gibbsita se asentará rápidamente Paso 4: Una vez completada la sedimentación, el electrolito ingresa al filtro. Bajo la acción del filtro, se filtra aún más para garantizar que la gibbsita se elimine por completo. Al mismo tiempo, la bomba de presión puede continuar funcionando, de modo que el electrolito que debe procesarse continúe ingresando al tanque de sedimentación del producto de reacción de la batería y se asiente. Paso 5: Filtre el electrolito. Se recogerá en el tanque de almacenamiento al mismo tiempo. Con el tiempo, debido a la disminución en la concentración de electrolito después de la reacción, es necesario reponer el electrolito de alta concentración para mantener una concentración constante. 4. El método de filtración por circulación de baterías de aluminio-aire de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque en el paso dos, la temperatura es de 80°C.
5. El método de filtración por circulación de baterías de aluminio-aire de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque el tiempo de ultrasonidos es de 60 minutos. 6. El método de filtración por circulación de batería de aluminio-aire de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado porque el tiempo ultrasónico es de 40-60 minutos. 7. El método de filtración por circulación de baterías de aluminio-aire de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque el tiempo de ultrasonidos es de 60 minutos. 8. El método de filtración por circulación de batería de aluminio-aire de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado porque la cantidad agregada del cristal semilla es de 5-30 g/L. 9. El método de filtración de reciclaje de baterías de aluminio-aire de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado porque la cantidad agregada de cristal semilla es de 20 g/L. 10. Método de filtración por circulación de baterías de aluminio-aire según la reivindicación 3, caracterizado porque la concentración del electrolito de alta concentración es de 15 mol/L.
Efecto técnico: se instalan un dispositivo ultrasónico y un dispositivo de adición de semillas de cristal en el tanque de sedimentación, que tienen una capacidad de filtración y una eficiencia de filtración extremadamente fuertes para la gibbsita producida durante la reacción de la pila de batería de aluminio-aire; El tanque de líquido puede reponer automáticamente el electrolito de alta concentración para garantizar una concentración constante del electrolito durante el funcionamiento de la batería.
3. Breve análisis de las patentes de baterías desechables de aluminio-aire
Problemas técnicos existentes: el suministro de energía global actual es cada vez más escaso y la gente está explorando activamente nuevas fuentes de energía. Debido a su alta eficiencia, limpieza y muchas otras ventajas, las pilas de combustible se han convertido en uno de los puntos calientes en el desarrollo de nuevas energías en el mundo actual. Como tipo de celda de combustible, la batería de aluminio-aire tiene las ventajas de una alta densidad de energía, abundantes fuentes de materiales de ánodo de aluminio, ausencia de contaminación, alta confiabilidad y buena seguridad. Por lo tanto, se destaca entre muchas celdas de combustible y sus perspectivas de aplicación. son favorecidos por países de todo el mundo. Estados Unidos, Canadá, la ex Yugoslavia, India, el Reino Unido y otros países están llevando a cabo investigaciones activas. Gracias al exitoso desarrollo de electrodos de aire con buen rendimiento, la investigación sobre baterías de aluminio-aire ha logrado grandes avances. Los países extranjeros han logrado grandes avances en la investigación de baterías de aluminio-aire de potencia grande, mediana y pequeña.
Características técnicas: Batería desechable de aluminio-aire, caracterizada porque la batería desechable de aluminio-aire contiene al menos un electrodo de aluminio, un electrodo de aire, un agente higroscópico, un electrolito y una carcasa de batería. Batería del cuerpo, el agente higroscópico está compuesto por un material higroscópico y una membrana de intercambio iónico. Las superficies del material higroscópico y el electrolito están cubiertas por una membrana de intercambio iónico. Un lado del agente higroscópico está unido a la superficie del electrodo de aluminio. y el otro lado está en contacto con el electrodo de aire. Está controlado por la carcasa de la batería. La distancia entre el electrodo de aluminio y el electrodo de aire es fija.
Efecto técnico: no es necesario agregar electrolito. Puede absorber la humedad del aire y generar electrolito por sí mismo, lo que reduce la masa de la batería y hace que la batería tenga una densidad de energía ultraalta.
4. Un breve análisis de la patente de un sistema de circulación de electrolitos de batería de aluminio-aire basado en la acción del hidrociclón
Tecnología existente: Las pilas de combustible de aluminio-aire utilizan el oxígeno del aire como combustible. electrodo positivo El material activo utiliza aluminio de alta pureza o aleación de aluminio con alta densidad de energía como electrodo negativo de la batería y utiliza KOH y NaOH como electrolito, convirtiendo así una gran cantidad de energía química contenida en el aluminio metálico en energía eléctrica. . En comparación con otras fuentes de energía química actuales, las baterías de aluminio-aire tienen las siguientes ventajas únicas: en primer lugar, la energía específica es alta. En teoría, la energía específica puede llegar a 8718 Wh/kg, y actualmente puede alcanzar entre 300 y 400 Wh. /kg, que es mucho más alto que otras baterías varias. En segundo lugar, las baterías de aluminio-aire tienen un voltaje de descarga muy estable y una alta potencia de salida instantánea.
Una de las cuestiones clave que afectan al uso de baterías de aluminio-aire es el tratamiento de los productos de reacción del electrolito. Al mismo tiempo, durante el proceso de descarga, el electrodo de aluminio sufrirá una reacción de autocorrosión. solución alcalina fuerte La reacción de flujo y la reacción de corrosión de Los productos son todos aluminatos. Bajo ciertas condiciones, los aluminatos generarán granos de cristal de hidróxido de aluminio y óxido de aluminio, que son difíciles de filtrar directamente en el electrolito. Un contenido excesivo de productos de corrosión de aluminio en el electrolito provocará la pasivación del ánodo de aluminio y el envenenamiento del electrodo de aire, lo que provocará una caída en el voltaje de la batería de aluminio-aire. Además, cuanto más Al(OH)3 se acumula en el electrolito, cuanto más viscoso e inutilizable se vuelve el electrolito, es beneficioso para la difusión de los productos de reacción y reduce la capacidad específica de las baterías de aluminio-aire.
En la actualidad, existen muy pocos informes nacionales sobre el tratamiento y separación de productos de reacción en el electrolito de baterías de aluminio-aire. Los diseños existentes también cuentan con sistemas de filtración con alto consumo de energía, alto costo y gran volumen. , hidróxido de aluminio y óxido de aluminio. Las partículas no se pueden reciclar y otros problemas.
Características técnicas: Sistema de circulación de electrolitos de una batería de aluminio-aire basado en la acción del hidrociclón, caracterizado porque el sistema de circulación de electrolitos de una batería de aluminio-aire consta de un paquete de baterías de aluminio-aire, un barril de almacenamiento de electrolito, consta de de una bomba de diafragma y un dispositivo de recolección de precipitación, en donde: la parte superior del barril de almacenamiento de electrolito está provista de una salida de líquido, y la parte inferior está provista de una válvula de drenaje. La salida de líquido está conectada a la entrada de la bomba de diafragma a través. una tubería; el dispositivo de recolección de precipitación está compuesto por un dispositivo de flujo y una caja de recolección de sedimentación. La entrada de líquido del ciclón está conectada a la salida de la bomba de diafragma a través de un tubo acelerador de líquido. La parte superior del ciclón está conectada a la entrada de líquido del paquete de baterías de aire de aluminio a través de una tubería. La salida de líquido del paquete de baterías de aire de aluminio está conectada al tanque de almacenamiento de electrolito a través de una tubería y la salida de líquido en la parte inferior. del ciclón está conectado a la caja de recolección de sedimentos a través del tubo de flujo inferior del ciclón; la parte superior de la caja de recolección de sedimentos está equipada con una salida de líquido y la parte inferior está equipada con una válvula de drenaje y una salida de líquido. la tubería entre el barril de almacenamiento de electrolito y la bomba de diafragma a través de un ramal El ramal está equipado con una válvula unidireccional y una válvula de tubería.
Efecto técnico: el sistema tiene una estructura de diseño simple, bajo consumo de energía y fácil mantenimiento, lo que reduce en gran medida el consumo de electrolitos del paquete de baterías de aluminio-aire.
5. Breve análisis de las patentes de pilas de baterías de aluminio-aire
Tecnología existente: el suministro de energía global actual es cada vez más escaso y la gente está explorando activamente nuevas fuentes de energía. Debido a su alta eficiencia, limpieza y muchas otras ventajas, las pilas de combustible se han convertido en uno de los puntos calientes en el desarrollo de nuevas energías en el mundo actual. Como tipo de celda de combustible, la batería de aluminio-aire tiene las ventajas de una alta densidad de energía, abundantes fuentes de materiales de ánodo de aluminio, ausencia de contaminación, alta confiabilidad y buena seguridad. Por lo tanto, se destaca entre muchas celdas de combustible y sus perspectivas de aplicación. son favorecidos por países de todo el mundo. Estados Unidos, Canadá, la ex Yugoslavia, India, el Reino Unido y otros países están llevando a cabo investigaciones activas. Gracias al exitoso desarrollo de electrodos de aire con buen rendimiento, la investigación sobre baterías de aluminio-aire ha logrado grandes avances. Los países extranjeros han logrado grandes avances en la investigación de baterías de aluminio-aire de potencia grande, mediana y pequeña.
Características técnicas: Pila de baterías de aluminio-aire, caracterizada porque la pila consta de un panel frontal, una rejilla gruesa, una rejilla, un electrodo de aire, una rejilla reforzada, un marco exterior de batería y un La carcasa exterior gruesa de la batería consta de un esqueleto, un electrodo de aluminio, un soporte de electrodo de aluminio, una cubierta posterior y un canal de flujo de aire, en el que: un marco exterior de la batería y un marco exterior grueso de la batería están dispuestos entre el panel frontal y la parte posterior. cubierta, y el número del esqueleto exterior de la batería es al menos uno, y el marco exterior grueso de la batería es El número de marcos exteriores de la batería es uno una rejilla gruesa, un electrodo de aire y una rejilla reforzada están dispuestos en secuencia entre el panel frontal; y el marco exterior de la batería, y entre la cubierta posterior y el marco exterior grueso de la batería y el marco exterior de la batería y una rejilla reforzada, un electrodo de aire, una rejilla, una rejilla, un electrodo de aire y una rejilla reforzada están dispuestos en secuencia entre el marco exterior de la batería gruesa; el electrodo de aluminio se inserta en el soporte del electrodo de aluminio, y el soporte del electrodo de aluminio se inserta en el marco exterior de la batería y el marco exterior de la batería grueso está orientado hacia la parte superior; panel frontal y la cubierta trasera, formando un canal de flujo de aire entre el panel frontal y la cubierta trasera las dos rejillas entre el marco exterior de la batería y el marco exterior grueso de la batería. Las protuberancias de la rejilla están dispuestas de manera opuesta para formar un canal de flujo de aire; las protuberancias de la rejilla reforzada ubicadas a ambos lados del marco exterior de la batería y el marco exterior grueso de la batería están colocadas de manera opuesta en ambos lados del electrodo de aluminio para formar un canal de flujo de aire para formar una cavidad para la circulación del electrolito; y el marco exterior de la batería gruesa incluye una entrada de líquido, un canal de flujo de entrada de líquido, una cámara de reacción de la batería, un canal de flujo de salida de líquido y una salida de líquido el puerto de alimentación del panel frontal está conectado con el marco exterior de la batería y la batería gruesa; marco exterior El puerto de alimentación del esqueleto está conectado y el puerto de descarga del panel frontal está conectado con el puerto de descarga del esqueleto exterior de la batería y el esqueleto exterior de la batería gruesa.
Efecto técnico: se pueden conectar varias baterías individuales en serie, lo que simplifica enormemente la estructura de la batería y aumenta el voltaje y la potencia de la batería.