하얼빈공업대학의 알루미늄-공기전지 특허에 대한 간략한 분석
일련번호
제목
출원번호
출원일
1
다공성 그래핀의 제조방법 및 그래핀 기반 알루미늄-공기전지의 제조방법
CN813.4
2013 -07-23
2
알루미늄 공기배터리 순환여과 시스템 및 방법
CN549.1
2015- 09-12
3
일회용 알루미늄-공기 배터리
CN431.6
2016-09-12
4
하이드로사이클론 기반의 알루미늄-공기 배터리 전해액 순환 시스템
CN049.9
2017-03-14
5
알루미늄 공기전지 스택
CN150.7
2015-09-14
1. 그래핀 기반 알루미늄-공기전지 제조방법 특허에 대한 간략한 분석
기존 기술적 문제점: 알루미늄-공기전지는 높은 비에너지, 풍부한 원료 공급원, 안전한 사용 및 안정성이 좋아 사람들의 많은 관심을 받고 있습니다. 금속 알루미늄을 양극으로 사용하는 알루미늄-공기 배터리는 20년 넘게 새로운 배터리로 시장에 등장했다. 그러나 알루미늄-공기전극은 알루미늄 양극의 부식과 수소방출, 공기극의 심각한 분극현상, 산소의 낮은 에너지 팽창용량, 낮은 산소이용률 등의 문제가 여전히 많이 남아있다. 공기 전극. 최근 몇 년 동안 알루미늄 공기 전극의 공기 전극의 이러한 단점에 대응하여 국내외 연구자들은 알루미늄 양극에 대한 연구에 점점 더 성숙해졌으며 음극 공기 전극은 알루미늄 공기 배터리의 또 다른 연구 핫스팟이 되었습니다. . 공기극이 전도성, 촉매 활성, 높은 공기 투과성 및 액체 불투과성 특성을 가지면 배터리의 비에너지를 크게 향상시킬 수 있습니다. 현재 널리 연구되고 있는 알루미늄-공기 전지용 양극촉매로는 이산화망간, 페로브스카이트, 금속-유기 거대고리 킬레이트, 귀금속 등이 있으나 아직까지 널리 사용되지는 않았다. 그래핀 소재는 흑연 시트의 단일 층으로 구성된 나노 물질로, 우수한 전기 전도성, 기계적 특성 및 촉매 활성을 가지고 있어 물리학, 화학, 재료 과학 등 다양한 분야의 연구자들이 주목하고 있습니다. 리튬공기전지, 나트륨공기전지 등 금속공기전지에 그래핀을 적용한 사례는 있으나, 알루미늄공기전지에 그래핀을 적용한 사례는 없다. 따라서 그래핀은 알루미늄의 양극촉매로 사용된다. - 공기 배터리. 공기 배터리에서는 매우 중요합니다.
기술적 특징: 다공성 그래핀의 제조방법과 그래핀 기반의 알루미늄-공기전지의 제조방법은 재료합성 및 응용 분야에 속한다. 다공성 그래핀은 산화흑연을 전구체로 하여 머플로에서 고온 열처리한 후 에탄올에 분산시킨 후 초음파 처리하여 그래핀 촉매를 제조하는 과정을 거쳐 제조된다. 그래핀 기반 알루미늄-공기전지의 제조방법은 공기극 확산층 준비, 그래핀 촉매층 준비, 공기극 조립의 3단계로 이루어진다.
유익 효과: 그래핀을 알루미늄-공기 배터리에 적용한 후 페로브스카이트, 이산화망간 및 기타 촉매보다 정전류 방전 전압 플랫폼이 높아지고 배터리 안정성도 크게 향상됩니다. 반면, 그래핀은 제조 방법이 간단하고 성능이 우수해 대량 생산이 가능해 촉매 생산 비용을 절감하고 전지의 촉매 효과를 향상시킬 수 있다.
2. 알루미늄-공기 배터리 순환 여과 시스템 및 방법 특허에 대한 간략한 분석
기존 기술 문제: 현재 전 세계 에너지 공급이 점점 부족해지고 있으며, 사람들은 새로운 에너지를 적극적으로 탐색하고 있습니다. 소스. 높은 효율성, 청결성 및 기타 여러 장점으로 인해 연료전지는 오늘날 세계 신에너지 개발의 핫스팟 중 하나가 되었습니다. 알루미늄-공기전지는 연료전지로서 공기 중의 산소를 양극 활물질로, 순수 알루미늄을 음극 활물질로 사용한다.
알루미늄-공기 배터리는 높은 에너지 밀도로 인해 고에너지, 고전력 백업 전원에 선호되는 선택이 되었습니다. 사용되는 전해질이 다르기 때문에 알루미늄-공기 배터리의 반응 메커니즘도 다릅니다. 알칼리 조건에서 알루미늄-공기 배터리의 주요 반응은 다음과 같습니다. 양극 반응: Al 4OH-=Al(OH)4- 3e-음극 반응: O2 2H2O 4e-=4OH-전지의 전체 반응은: 4Al 3O2 6H2O 4OH-= 4Al(OH)4-는 다음과 같은 부식 반응을 합니다. 2Al 6H2O=2Al(OH)3 3H2 알칼리 조건에서 배터리 방전 전압이 높으며 저전력 전원 공급 장치는 물론 중간 및 고전력 전원 공급 장치. 중성 조건에서 반응 생성물은 불용성 수산화알루미늄 콜로이드입니다. 현재 배터리 반응 진행에 영향을 미치지 않도록 콜로이드가 결정화된 분말 형태로 양극에서 떨어지도록 하기 위해 일반적으로 전해질에 특수 억제제를 첨가합니다. 알칼리성 조건에서 반응을 시작하는 생성물은 용해성 Al(OH)4-이며, 나중에 수산화알루미늄이 침전되므로, 알칼리성 알루미늄-공기 전지의 설계는 더욱 복잡하고 보조 설비가 많다. 현재 알루미늄-공기전지 응용기술은 큰 진전을 이루었지만 아직 대규모 적용에는 이르지 못했다. 주된 이유는 일부 관련 기술이 아직 성숙되지 않았고, 해결해야 할 몇 가지 문제가 남아 있기 때문입니다. 알루미늄-공기전지에 대한 국내 연구 보고는 거의 없으며, 알루미늄-공기전지의 전해액 순환여과에 관한 연구도 전무하다. 외국 연구에서는 일반 중, 고출력 대형 알루미늄-공기 배터리 팩에는 전해액 순환 시스템이 필요하다고 언급한 바 있다. 전해액 순환 과정에서 특수 억제제를 첨가해 배터리 반응 생성물인 깁사이트 결정을 침전시킨 뒤 여과를 통해 제거하지만, 아직 분리 장치 및 그 공정이 알려져 있지 않으며 관련 연구 및 보고도 없는 실정이다. 알루미늄-공기전지에 대한 국내 연구 및 보고는 매우 적으며, 알루미늄-공기전지에 대한 해외 연구에 비해 크게 뒤떨어져 있다. 따라서 전해질 순환 여과 시스템을 설계하고 특별한 방법을 사용하여 깁사이트를 결정화하여 전해질과 분리함으로써 배터리 반응의 원활한 진행을 보장하고 배터리 작동 시간을 연장해야 합니다.
기술적 특징: 액체 저장조, 압력 펌프, 알루미늄-공기 배터리 스택, 열교환기, 온도 센서, 배터리 반응 생성물 침전조를 포함하는 알루미늄-공기 배터리 순환 여과 시스템 및 필터를 포함하는 침전조에는 초음파장치와 결정종자 첨가장치가 구비되고, 액체저장조에는 전해액 자동보충장치가 구비되는 것을 특징으로 한다. 제1항에 있어서, 상기 액체저장탱크의 배출구는 압력펌프를 통해 알루미늄-공기전지 스택의 공급구와 연결되고, 알루미늄-공기전지 스택의 배출구는 알루미늄-공기전지 순환여과시스템. -공기 배터리 스택은 열교환기와 온도 센서를 통해 공급 포트가 배터리 반응 생성물 침전조의 공급 포트에 연결되고, 배터리 반응 생성물 침전 탱크의 배출 포트가 액체의 공급 포트에 연결됩니다. 필터와 압력 게이지를 통한 저장 탱크. 제1항 또는 제2항의 알루미늄-공기전지 순환여과시스템을 이용한 알루미늄-공기전지 순환여과 방법에 있어서, 상기 방법의 단계는 다음과 같은 것을 특징으로 하는 알루미늄-공기전지 스택의 작동 개시 후 작동, 압력 펌프 알루미늄-공기 배터리 스택의 전원 공급 장치에서 작동하여 전해질이 액체 저장 탱크에서 알루미늄-공기 배터리 스택으로 전달됩니다. 2단계: 반응된 전해질이 알루미늄-공기 배터리 스택에서 흘러나옵니다. 40~80℃ 이후에 열 교환기에서 가열되어 배터리 반응 생성물 침전 탱크로 들어갑니다. 전해액이 배터리 반응 생성물 침전 탱크 부피의 1/2-2/3에 도달하면 압력 펌프가 작동을 멈춥니다. 3단계: 전해질이 배터리 반응 생성물에 들어가고, 탱크 후, 초음파 장치가 작동하기 시작합니다. 동시에 Al(OH)3 종자 결정이 추가됩니다. 온도, 초음파 및 크리스탈 시드를 사용하면 깁사이트가 빠르게 침전됩니다. 4단계: 침전이 완료된 후 전해질이 필터에 들어갑니다. 필터의 작용에 따라 깁사이트가 완전히 제거되도록 추가로 필터링합니다. 시간이 지나면 압력 펌프가 계속 작동하여 처리해야 하는 전해질이 계속해서 배터리 반응 생성물 침전조에 들어가고 침전됩니다. 5단계: 완성된 전해질을 필터링하는 것과 동시에 저장 탱크에 수집됩니다. 시간이 지나면 반응 후 전해질 농도가 감소하므로 일정한 농도를 유지하기 위해서는 고농도 전해질을 보충해야 합니다. 제3항에 있어서, 2단계의 온도는 80℃인 것을 특징으로 하는 알루미늄-공기전지 순환여과방법.
제3항에 있어서, 초음파 시간은 60분인 것을 특징으로 하는 알루미늄-공기전지 순환여과방법. 제3항에 있어서, 초음파 시간은 40~60분인 것을 특징으로 하는 알루미늄-공기전지 순환여과방법. 제3항에 있어서, 초음파 시간은 60분인 것을 특징으로 하는 알루미늄-공기전지 순환여과방법. 제3항에 있어서, 종정의 첨가량은 5~30g/L인 것을 특징으로 하는 알루미늄-공기전지 순환여과방법. 제3항에 있어서, 종정의 첨가량은 20g/L인 것을 특징으로 하는 알루미늄-공기전지 순환여과방법. 제3항에 있어서, 고농도 전해액의 농도는 15mol/L인 것을 특징으로 하는 알루미늄-공기전지 순환여과방법.
기술적 효과: 침전조에 초음파 장치와 결정 종자 첨가 장치가 설치되어 알루미늄-공기 배터리 스택 저장 중에 생성된 깁사이트에 대해 매우 강력한 여과 능력과 여과 효율을 갖습니다. 액체 탱크는 고농도 전해질을 자동으로 보충하여 배터리 작동 중에 일정한 전해질 농도를 보장합니다.
3. 일회용 알루미늄-공기전지 특허에 대한 간략한 분석
기존 기술적 문제: 현재 전 세계 에너지 공급이 점점 부족해지고 있으며 사람들은 새로운 에너지원을 적극적으로 탐색하고 있습니다. 높은 효율성, 청결성 및 기타 여러 장점으로 인해 연료전지는 오늘날 세계 신에너지 개발의 핫스팟 중 하나가 되었습니다. 연료전지의 일종인 알루미늄-공기전지는 높은 에너지 밀도, 풍부한 알루미늄 양극재 공급원, 무공해, 높은 신뢰성, 우수한 안전성 등의 장점을 갖고 있어 많은 연료전지 중에서 눈에 띕니다. 전 세계 국가에서 선호합니다. 미국, 캐나다, 구유고슬라비아, 인도, 영국 등 국가에서 모두 활발한 연구를 진행하고 있습니다. 우수한 성능을 갖는 공기극 개발의 성공으로 알루미늄-공기전지에 대한 연구가 큰 진전을 이루었습니다. 외국에서는 대형, 중형 및 소형 알루미늄-공기 배터리 연구에 큰 진전이 있었습니다.
기술적 특징: 일회용 알루미늄-공기 전지는 적어도 알루미늄 전극, 공기 전극, 흡습제, 전해질 및 전지 외피를 포함하는 것을 특징으로 하는 일회용 알루미늄-공기 전지. 본체전지의 경우, 흡습제는 흡습성 물질과 이온교환막으로 구성되며, 흡습성 물질과 전해질의 표면은 이온교환막으로 덮여 있으며, 흡습제의 한쪽 면이 알루미늄 전극 표면에 부착되어 있다. 다른 쪽은 공기 전극과 접촉합니다. 배터리 쉘에 의해 제어됩니다. 알루미늄 전극과 공기 전극 사이의 거리가 고정됩니다.
기술적 효과: 전해질을 추가할 필요가 없으며 공기 중 수분을 흡수하여 자체적으로 전해질을 생성할 수 있어 배터리 질량을 줄이고 배터리의 에너지 밀도를 초고화시킬 수 있습니다.
4. 하이드로사이클론 작용 기반 알루미늄-공기 배터리 전해질 순환 시스템 특허에 대한 간략한 분석
기존 기술: 알루미늄-공기 연료전지는 공기 중의 산소를 연료로 사용합니다. 양극 활물질은 전지의 음극으로 고순도 알루미늄 또는 에너지 밀도가 높은 알루미늄 합금을 사용하고, 전해질로 KOH와 NaOH를 사용함으로써 금속 알루미늄에 함유된 다량의 화학에너지를 전기에너지로 변환 . 현재의 다른 화학 동력원과 비교할 때 알루미늄-공기 배터리는 다음과 같은 고유한 장점이 있습니다. 첫째, 비에너지는 이론적으로 8718Wh/kg까지 높을 수 있으며 현재 실제로는 300-400Wh에 도달할 수 있습니다. /kg, 이는 다른 다양한 배터리보다 훨씬 높습니다. 둘째, 알루미늄공기전지는 방전전압이 매우 안정적이고 순간 출력전력이 높다.
알루미늄-공기 배터리 사용에 영향을 미치는 주요 문제 중 하나는 전해질 반응 생성물의 처리와 동시에 방전 과정에서 알루미늄 전극이 자기 부식 반응을 겪게 됩니다. 강알칼리성 용액의 유동 반응 및 부식 반응은 모두 알루미네이트입니다. 특정 조건에서 알루미네이트는 전해질에서 직접 필터링하기 어려운 수산화알루미늄 및 산화알루미늄 결정립을 생성합니다. 전해질에 알루미늄 부식 생성물이 과도하게 함유되면 알루미늄 양극의 부동태화 및 공기 전극의 피독이 발생하여 알루미늄-공기 배터리의 전압이 저하되고, 전해질에 Al(OH)3가 더 많이 축적됩니다. 전해질이 점성이 높아질수록 반응 생성물의 확산에 유리하고 알루미늄-공기 배터리의 비용량이 감소합니다.
현재 알루미늄-공기 배터리 전해질 내 반응 생성물의 처리 및 분리에 대한 국내 보고는 거의 없습니다. , 수산화 알루미늄 및 산화 알루미늄 입자는 재활용될 수 없으며 기타 문제가 있습니다.
기술적 특징: 알루미늄-공기전지 전해액 순환 시스템은 알루미늄-공기전지 팩, 전해액 저장통, 격막펌프와 침전수집장치로 구성되며, 전해액 저장통의 상부에는 액체배출구가 설치되고, 바닥에는 배수밸브가 설치되어 있으며, 액체배출구는 격막펌프의 입구에 연결되어 있다. 파이프라인을 통해 침전물 수집 장치는 회전식 흐름 장치와 침전물 수집 상자로 구성됩니다. 사이클론의 액체 입구는 액체 가속관을 통해 격막 펌프의 출구에 연결됩니다. 사이클론의 상단은 파이프라인을 통해 알루미늄 공기 배터리 팩의 액체 입구에 연결됩니다. 알루미늄 공기 배터리 팩의 액체 출구는 파이프라인을 통해 전해질 저장 탱크에 연결되고, 액체 출구는 파이프라인을 통해 연결됩니다. 사이클론의 바닥은 사이클론 바닥 유동관을 통해 침전물 수집 상자에 연결되며, 침전물 수집 상자의 상부에는 액체 배출구가 장착되고 바닥에는 배수 밸브와 액체 배출구가 연결됩니다. 분기 도로를 통해 전해질 저장 배럴과 다이어프램 펌프 사이의 파이프라인에 분기 도로에는 일방향 밸브와 파이프라인 밸브가 장착되어 있습니다.
기술적 효과: 시스템은 설계 구조가 간단하고 에너지 소비가 적으며 유지 관리가 용이하여 알루미늄 공기 배터리 팩의 전해액 소비를 크게 줄입니다.
5. 알루미늄-공기 배터리 스택 특허에 대한 간략한 분석
기존 기술: 현재 글로벌 에너지 공급은 점점 부족해지고 있으며 사람들은 새로운 에너지원을 적극적으로 탐색하고 있습니다. 높은 효율성, 청결성 및 기타 여러 장점으로 인해 연료전지는 오늘날 세계 신에너지 개발의 핫스팟 중 하나가 되었습니다. 연료전지의 일종인 알루미늄-공기전지는 높은 에너지 밀도, 풍부한 알루미늄 양극재 공급원, 무공해, 높은 신뢰성, 우수한 안전성 등의 장점을 갖고 있어 많은 연료전지 중에서 눈에 띕니다. 전 세계 국가에서 선호합니다. 미국, 캐나다, 구유고슬라비아, 인도, 영국 등 국가에서 모두 활발한 연구를 진행하고 있습니다. 우수한 성능을 갖는 공기극 개발의 성공으로 알루미늄-공기전지에 대한 연구가 큰 진전을 이루었습니다. 외국에서는 대형, 중형 및 소형 알루미늄-공기 배터리 연구에 큰 진전이 있었습니다.
기술적 특징: 스택이 전면 패널, 두꺼운 그릴, 그릴, 공기극, 강화 그릴, 배터리 외부 프레임 및 두꺼운 배터리 외부 쉘은 뼈대, 알루미늄 전극, 알루미늄 전극 홀더, 후면 덮개 및 공기 흐름 채널로 구성되며, 전면 패널과 후면 사이에 배터리 외부 프레임과 두꺼운 배터리 외부 프레임이 배치됩니다. 커버, 배터리 외부 골격의 수는 1개 이상이고, 두꺼운 배터리 외부 프레임은 1개입니다. 배터리 외부 프레임의 수는 1개이며, 전면 패널 사이에는 공기 전극 및 강화 그릴이 순차적으로 배열됩니다. 및 배터리 외부 프레임을 포함하며, 백커버와 두꺼운 배터리 외부 프레임 사이에는 강화 그릴, 공기극, 그릴, 그릴, 공기극 및 강화 그릴이 순차적으로 배치되며; 두꺼운 배터리 외부 프레임, 알루미늄 전극은 알루미늄 전극 홀더에 삽입되고, 알루미늄 전극 홀더는 배터리 외부 프레임에 삽입되고, 배터리 외부 프레임의 상단은 두꺼운 그릴의 보스를 향합니다. 전면 패널과 후면 커버는 전면 패널과 후면 커버 사이에 공기 흐름 채널을 형성하며 배터리 외부 프레임과 두꺼운 배터리 외부 프레임 사이에 두 개의 그리드가 반대 방향으로 배열되어 공기 흐름 채널을 형성합니다. 배터리 외부 프레임의 양쪽에 위치한 강화 그리드의 보스와 두꺼운 배터리 외부 프레임은 알루미늄 전극의 양쪽에 반대 방향으로 배치되어 공기 흐름 채널을 형성하여 전해질 순환을 위한 캐비티를 형성합니다. 두꺼운 배터리 외부 프레임은 액체 입구, 액체 입구 흐름 채널, 배터리 반응 챔버, 액체 출구 흐름 채널 및 액체 출구를 포함하며 전면 패널의 공급 포트는 배터리 외부 프레임 및 두꺼운 배터리와 연결됩니다. 외부 프레임은 뼈대의 공급 포트가 연결되고 전면 패널의 방전 포트는 배터리 외부 뼈대의 방전 포트와 두꺼운 배터리 외부 뼈대와 연결됩니다.
기술적 효과: 여러 개의 단일 배터리를 직렬로 연결할 수 있어 배터리 구조가 크게 단순화되고 배터리의 전압과 전력이 증가합니다.