[go: up one dir, main page]

CN117716559A - 具备基于质子及氢氧化物离子传导性聚合物的隔膜的双极性电池 - Google Patents

具备基于质子及氢氧化物离子传导性聚合物的隔膜的双极性电池 Download PDF

Info

Publication number
CN117716559A
CN117716559A CN202180098194.1A CN202180098194A CN117716559A CN 117716559 A CN117716559 A CN 117716559A CN 202180098194 A CN202180098194 A CN 202180098194A CN 117716559 A CN117716559 A CN 117716559A
Authority
CN
China
Prior art keywords
battery
positive electrode
active material
optionally
negative electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202180098194.1A
Other languages
English (en)
Inventor
杨国雄
大内泰平
福永浩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kawasaki Motorcycle Co ltd
Original Assignee
Kawasaki Motorcycle Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kawasaki Motorcycle Co ltd filed Critical Kawasaki Motorcycle Co ltd
Publication of CN117716559A publication Critical patent/CN117716559A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/24—Electrodes for alkaline accumulators
    • H01M4/242—Hydrogen storage electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/24—Alkaline accumulators
    • H01M10/28—Construction or manufacture
    • H01M10/281—Large cells or batteries with stacks of plate-like electrodes
    • H01M10/282—Large cells or batteries with stacks of plate-like electrodes with bipolar electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/34—Gastight accumulators
    • H01M10/345—Gastight metal hydride accumulators
    • H01M10/347—Gastight metal hydride accumulators with solid electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/24—Electrodes for alkaline accumulators
    • H01M4/32—Nickel oxide or hydroxide electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/381—Alkaline or alkaline earth metals elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/383—Hydrogen absorbing alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/50—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/52—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/411—Organic material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/411—Organic material
    • H01M50/414—Synthetic resins, e.g. thermoplastics or thermosetting resins
    • H01M50/426—Fluorocarbon polymers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/431—Inorganic material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/449—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material having a layered structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/489—Separators, membranes, diaphragms or spacing elements inside the cells, characterised by their physical properties, e.g. swelling degree, hydrophilicity or shut down properties
    • H01M50/491—Porosity
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/029—Bipolar electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0002—Aqueous electrolytes
    • H01M2300/0014—Alkaline electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0065—Solid electrolytes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
  • Cell Separators (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

本发明提供一种包含被堆叠的多个电池单体的双极性电池。两个以上的所述电池单体包含：正极、负极、所述正极与所述负极之间的质子或氢氧化物离子传导性聚合物隔膜及与所述负极或所述正极相关联的双极性金属板。在部分方案中，所述隔膜包含质子或氢氧化物传导性电解质，或者单独地作为质子或氢氧化物传导性电解质发挥作用。所述电池单体任选包含含有可传导质子或氢氧化物离子的聚合物的电解质。所述隔膜可以为薄膜的形态，且任选既不粘合于所述负极，也不粘合于所述正极；或者也可以为在所述负极、所述正极、或它们的任意组合上的涂层的形态。

Description

具备基于质子及氢氧化物离子传导性聚合物的隔膜的双极性 电池
技术领域
本发明涉及电池，具体涉及一种在产生可用于对一个以上的装置供电的电流时，使质子或氢氧化物离子在负极与正极之间循环的二次电池。
背景技术
在储能领域中，普遍要求提高功率密度。随着对尺寸、重量、及必要时供给大量能量的能力的需求不断升高，需要一种新型的电池设计。相较于其他电池设计，双极性电池具有有助于应对上述需求的优点。双极性电池具有经改良的可扩展性、较高的能量密度、高功率密度、及设计自由度。
双极性电池的特征在于通常存在双极性板，该双极性板由一侧表面具有正极材料且相反侧具有负极材料的基板形成。为了能够形成能够有效地用于储存或产生能量的各个电池单体，双极性板可以以负极材料与另一双极性板上的正极材料有效结合，并在两者之间存在隔膜(separator)与电解质的方式，配置在电堆(stack)中。电解质与隔膜使得负极材料与正极材料之间的离子流成为可能。在双极性电池中，各个电池单体的电解质彼此绝缘，以防止电池单体发生短路。
双极性电池中使质子、氢氧化物离子等离子循环。然而，对于双极性电池的设计而言，以往的碱性电解质难以在邻接的电池单体之间分离电解质，因此需要独自的框体设计。虽然强烈希望将所有要素配置在一个框体中以实现小型的电池设计，但这需要复杂的密封圈结构用来防止电堆内的电池单体间的电解质泄漏、以及随之产生的短路。将电解质分离在各个电池单体中的代替设计，虽然有助于应对潜在的短路问题，但电池单体尺寸会变大，存在偏离本行业所希望的整体为小型的设计的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题
如下所述，本发明通过提供一种使用特定的隔膜和/或电解质的配置及材料的新型双击性电池单体设计来应对上述需求，其在将电解质有效地绝缘的同时，无需大体积或复杂的电池单体设计。本发明的上述优点及其他优点能够由以下的附图、讨论及说明而体现。
以下的概述是为了促进对本发明所特有的部分创新特征进行理解而提供的，并不是为了进行完整的说明。通过综合考虑说明书整体、权利要求书、附图及摘要，可以充分理解本发明的各种方案。本发明所记载的发明如权利要求书所示。
与锂离子电池相比，质子或氢氧化物离子传导性电池具有高速的离子传导、高能量密度、较低成本及经改良的安全性特征等诸多优点。迄今为止，已知很难找到将上述电池单体类型有效地组合到双极性电池的设计中的方法。本发明提供一种用于高效且小型的双极性电池的新型设计及材料。
解决技术问题的技术手段
对此，本发明提供一种电池，其为包含两个以上的电池单体的双极性电池，其中，至少一个所述电池单体包含：正极活性物质、负极活性物质、所述正极活性物质与所述负极活性物质之间的质子或氢氧化物离子传导性聚合物隔膜、及与所述负极活性物质或所述正极活性物质相关联的双极性金属板。所述电池也可以包含含有能够传导质子或氢氧化物离子的固体聚合物的电解质，但并非必须包含该电解质。所述电池单体可以采用一些可能的形态。所述双极性金属板任选与所述正极活性物质及所述负极活性物质相关联。在部分方案中，所述隔膜为薄膜(film)的形态，所述薄膜既不粘合于负极活性物质，也不粘合于正极活性物质。所述隔膜任选为在所述负极活性物质、所述正极活性物质、或其双方上的涂层的形态。在部分方案中，所述正极活性物质贴附于正极基板，或者所述负极活性物质贴附于负极基板，或者所述正极活性物质贴附于正极基板、并且所述负极活性物质贴附于负极基板，以便能够在电池堆中将所述正极、所述负极、或其双方独立地组装，而并非涂布在其他表面或材料上。
本发明所提供的隔膜传导阳离子或阴离子(例如氢氧化物离子)，任选选择性地传导阳离子或阴离子。能够构成所述隔膜的离子传导性聚合物可以为氢氧化物离子传导性膜，所述氢氧化物传导性膜任选包含与胺进行了键合的支撑聚合物。作为代替方案，隔膜也可以为质子传导性膜，所述质子传导性膜任选包含全氟化聚合物，任选包含全氟磺酸(PFSA)聚合物。所述隔膜的离子传导性聚合物可以涂布于离子传导性基板上，也可以浸渗在其内部，或者也可以为其他形态，所述离子传导性聚合物任选包含全氟化聚合物，任选包含全氟磺酸(PFSA)聚合物。在部分方案中，所述离子传导性基板包含Pt、Pd、LaNi5、或者氧化物，任选包含ZrO2或钙钛矿氧化物、或者它们的组合。在本节所说明的任意一种形态中，所述隔膜进一步包含一种以上的离子传导性有机粉末。
根据上述任意一种方案得到的电池，任选具有70％以上的库仑效率，显示出本发明所提供的电池的高效率性质。
附图说明
图1为示出本发明所提供的部分方案的双极性电池的示例性形态的图。
图2为示出本发明所提供的隔膜的各种结构的图。
图3为示出本发明所提供的隔膜相对于负极活性物质及正极活性物质的各种结构的图。
图4为本发明的部分方案的具备5个电池单体的示例性双极性电池的经选择的循环的充电/放电特性的图表。
图5为本发明的部分方案的具备2个电池单体的示例性双极性电池的经选择的循环的充电/放电特性的图表。
具体实施方式
可提供一种可应对针对小型双极性电池单体设计的需求，且能够用于质子或氢氧化物离子传导电池单体系统的双极性电池。所述电池包含一个以上的能够选择性地传导质子或氢氧化物离子的隔膜，该隔膜任选对负极活性物质与相应的正极活性物质之间提供电绝缘，以防止储存中电池发生短路或早期放电。
本发明中，根据系统所使用的负极活性物质与正极活性物质的种类，使用可选择性地输送质子或氢氧化物离子的离子传导性聚合物隔膜。通过选择性地使用传导离子的聚合物，相较于以往的碱性电池，能够形成几乎不含或完全不含液体电解质的材料，因此，能够维持小型的结构，且无需复杂的双极性电池单体设计。
新一代的质子传导性电池通过使氢在负极与正极之间循环而进行运作。由此，负极会在充电中在负极上形成一种以上的元素的氢化物。该氢化物以放电时氢化物在生成质子与电子的同时，成为负极活性物质的元素部分的方式可逆地形成。负极处的半反应式能够由以下的半反应式表示。
其中，M为一种以上的过渡金属或后过渡金属，或者包含一种以上的过渡金属或后过渡金属。
代表性的相应正极反应的半反应式如下所示。
其中，Mc为适于正极电化学活性物质的一种以上的任意的金属，任选为Ni。
与质子传导性电池形成对照，其他电池化学组成(battery chemistries)将氢氧化物离子用作负极与正极之间的电荷导体。这需要能够传导电解质与氢氧化物离子等阴离子的隔膜。氢氧化物离子传导性电池的半反应式如下所示。
M(s)+2OH-(aq)→MO(s)+H2O(l)+2e-
2MO2(s)+H2O(l)+2e-→M2O3(s)+2OH-(aq).
本发明的电池虽利用了这些电池单体化学组成，但能够以小型且高能量密度的双极性电池单体形态对其进行使用。
此处所谓的“电池”这一术语是指，双极性电池中所构成的串联的两个以上的电池单体的集合。“电池单体”是指，包含正极活性物质、负极活性物质及本发明所提供的隔膜，且具有能够利用电化学可逆地储存能量的功能的物质。
在本发明中，关于离子输送的“选择性”这一术语被定义为，该要素(例如，隔膜、电解质、或它们的组合等)能够将某一种离子种类以比其他离子种类更高的效率进行输送。作为例子，比起阳离子，阴离子选择性媒介可优先输送某种阴离子，任选比起其他阴离子优先输送某种阴离子。比起阴离子，阳离子选择性媒介可优先输送某种阳离子，任选比起其他阳离子优先输送某种阳离子。
本发明中的“负极”包含充电时作为电子受体发挥作用的电化学活性物质。
本发明中的“正极”包含充电时作为电子供体发挥作用的电化学活性物质。
当原子比率(at％)没有特别定义而示出时，该原子比率基于所记载的材料中的除氢与氧以外的所有元素的量而表示。
本发明提供一种采用了离子传导性固体聚合物材料的双极性电池，其仅发挥作为隔膜的作用，或者能够发挥作为隔膜与电解质材料的作用。作为电荷载体，隔膜在双极性电池的各个电池单体的负极与正极之间传导质子或氢氧化物离子中的任意一种，任选选择性地传导质子或氢氧化物离子中的任意一种。隔膜可以为下述多个优选形态中的一种以上：离子传导性聚合物的薄膜、收纳有离子传导性聚合物的多孔质薄膜、将离子传导性聚合物贴附在收纳有相同或不同的离子传导性聚合物的多孔质基板上的形态、或其他优选形态等。在任意的优选形态中，隔膜可以进一步在隔膜材料的一个以上的区域内包含任选收纳在离子传导性聚合物内的一种以上的离子传导性无机粉末。根据上述的隔膜的形态，任选通过与内部或表面具备能够区分于双极性板的基板的负极、正极、或其双方的组合，能够形成具有优异的功率密度，且无需用以将电解质维持在电池单体的任意一个区域的复杂设计形态的双极性电池。
由此提供一种双极性电池，其为包含两个以上的电池单体的双极性电池，其中，至少一个所述电池单体包含：正极活性物质、负极活性物质、所述正极活性物质与所述负极活性物质之间的质子或氢氧化物离子传导性聚合物隔膜、及与所述负极活性物质或所述正极活性物质相关联的双极性金属板。所述双极性金属板任选在第一侧涂布有负极活性物质，且在第二侧涂布有正极活性物质。由此，所述双极性电池以上述电池单体夹持于作为双极性电池单体堆的中间或端部的两个集流体之间的形态包含至少两个上述电池单体。当仅存在两个上述电池单体时，可以认为这两个电池单体之间可存在一个共享的双极性金属板。在部分方案中，由于隔膜材料自身能够发挥使得在所述正极活性物质与所述负极活性物质之间传导所期望的离子的作用，可以在无需追加电解质材料的情况下使用双极性电池的隔膜。在其他方案中，在本发明所提供的双极性电池的电解质可完全容纳于所述隔膜内的情况下，所述电解质可以为固体聚合物电解质、液体电解质、或它们的任意组合，或者也可以在所述隔膜与所述负极活性物质和/或所述正极活性物质之间于一侧或两侧与所述隔膜邻接。
图1中示出了对本发明的部分方案的双极性电池进行说明的例子。另外，图1仅为示例，其并不限定双极性电池的结构。双极性电池包含配置于电堆的两端的集流体10、10’。在集流体的电池单体一侧设置有正极活性物质20、20’或负极活性物质30、30’等活性物质。并与活性物质邻接设置有离子传导性聚合物隔膜40、40’。双极性板、任选为金属制的双极性板50将两个电池单体分离。双极性板可以在电池的两个电池单体之间共享，也可以设为2个上述双极性板彼此电连接的状态，并发挥分离两个电池单体的作用。在特定的方案中，在电池中邻接的电池单体之间共享双极性板。任选两个集流体10、10’中的一个为电池外壳的一部分，或者发挥作为电池的外壳的作用。在这种形态中，密封圈或O形圈60收纳于两个集流体之间，其不仅能够发挥使电池与外部环境绝缘的作用，还作为两个集流体之间的绝缘体发挥作用，从而防止双极性电池发生短路。
本发明所提供的双极性电池包含质子或氢氧化物离子传导性聚合物隔膜。在部分方案中，隔膜也可以由离子传导性薄膜构成。离子传导性薄膜可以具有充分的薄膜特性(例如刚性)以便层叠在负极活性物质与正极活性物质上或两者之间，也可以提供合适的厚度以便将负极活性物质与正极活性物质物理分离。这些方案中的隔膜可以在组装电池单体之前完全形成，并在形成电池单体时仅不过是与电池单体的其他要素层叠。
在其他方案中，隔膜也可以形成为与负极活性物质、正极活性物质、或其双方接触的涂层。例如，电极(负极或正极)能够以下述方式形成：使隔膜材料能够在聚合物材料聚合后、聚合中或聚合前以直接在所期望的负极、正极或其双方的表面形成涂层的方式进行涂布。在部分方案中，任选以使电极活性物质仅与集流体基板、任意的支撑基板及隔膜材料接触的方式，使涂层包覆施有该涂层的电极活性物。
隔膜包含一种以上的离子传导性聚合物。离子传导性聚合物任选为：能够根据其材料特性而对质子或氢氧化物离子具有传导性或选择性的传导性的任意材料，或者以能够传导、任选选择性传导质子或氢氧化物离子的方式后续进行改性而形成的任意材料。隔膜位于各电池单体的负极与正极之间。在部分方案中，隔膜的表面积可以大于邻接的正极和负极的面积。隔膜可以在各电池单体内将正极活性物质与负极活性物质完全分离。在双极性板或集流体板的表面上未配置负极活性物质或正极活性物质的情况下，隔膜的边缘可以以使负极活性物质与正极活性物质完全分离的方式与双极性板或集流体板的周缘接触。隔膜发挥防止形成枝晶而导致的电池单体的短路的作用，并且以液体电解质(存在时)、离子、电子、或这些要素的任意组合能够通过隔膜的方式、任选以能够选择性地使液体电解质(存在时)、离子、电子、或这些要素的任意组合通过隔膜的方式、或者以能够由隔膜传导液体电解质(存在时)、离子、电子、或这些要素的任意组合的方式发挥作用。隔膜可以由聚合物薄膜、任选由多孔质聚合物薄膜、玻璃纤维毡、多孔质橡胶、离子传导性凝胶或天然材料等非导电性材料进行准备。作为隔膜的有用的示例材料，可列举出在隔膜中发挥作为基底(base)或离子传导性聚合物的作用的多孔质或非多孔质的高分子量或超高分子量聚烯烃材料。
隔膜可以任选为图2中的A所示的能够作为用于在电池单体的正极与负极之间运输离子的独立(stand alone)型系统发挥作用的离子传导性聚合物(ICP)膜的形态。作为代替，ICP膜任选可如图2中的B所示，与离子传导性固体支撑体相关联。其中，本发明所提供的支撑体所涉及的“固体”这一术语是指，该支撑体在电池单体运作时不会通过支撑体传导ICP。ICP可以层叠于支撑体之上，或涂布于支撑体之上，也可以利用其他方法以直接接触的状态配置并形成隔膜整体。
在部分方案中，隔膜任选可如图2中的C和D所示，由包含贯穿隔膜的细孔或曲线路径的多孔质基板形成，并以电解质、离子、电子、或它们的任意组合能够通过隔膜的方式设置所述细孔或曲线路径。也可以通过对基板的细孔填充一种以上的ICP，形成隔膜。这种极度多孔质的基板材料可由公知的多孔质陶瓷或聚合物材料形成。ICP可以收纳于细孔中，以便形成用于使离子通过隔膜材料而进行流动或传导的传导性路径。在部分方案中，任选如图2中的D～I所示，在形成隔膜整体时，多孔质隔膜材料的一侧或两侧进一步被ICP的片或薄膜包覆。也可以任选在形成隔膜的结构面的聚丙烯等电绝缘材料上涂布ICP。
多孔质基板任选具有以细孔的体积(即间隙的体积)相对于多孔质基板的总体积的比率规定的孔隙率，其可通过本领域公知的任意方法，例如通过水银压入法、气体吸附法、或基于毛细管流变仪所获得的流体通过膜的流动分析的毛细流动法进行测定。孔隙率任选为20％以上，任选为30％以上，任选为40％以上，任选为50％以上，任选为60％以上，任选为70％以上，任选为80％以上。在部分方案中，孔隙率为20％以上且80％以下的范围，任选为30％以上且60％以下的范围，任选为40％以上且50％以下的范围。
本发明所提供的隔膜为离子传导性聚合物，或者包含离子传导性聚合物。作为离子传导性聚合物的示例，可列举出传导质子或氢氧化物离子、任选选择性传导质子或氢氧化物离子，且具有电绝缘性的聚合物。本发明所提供的电池单体中所使用的隔膜的电阻率为1×10-4ohm·m2以下，任选为8×10-5ohm·m2以下，任选为6×10-5ohm·m2以下，任选为4×10-5ohm·m2以下，任选为3×10-5ohm·m2以下。
作为适于用作隔膜的ICP的质子传导性材料，可列举出一种水合酸性聚合物，其包含相互侵入型的疏水结构域与亲水结构域，疏水结构域可提供聚合物的结构大小，亲水结构域能够实现选择性的质子传导，但并不限定于该材料。作为这种聚合物的示例，可列举出由聚(苯乙烯磺酸盐)形成的聚合物。作为质子传导性材料的其他示例，可列举出NAFFION等全氟磺酸(PFSA)聚合物等全氟化聚合物，但并不限定于该材料。在部分方案中，聚合物为具有电绝缘性，并且具有质子传导性的多芳香族聚合物。在其他方案中，质子传导性聚合物为质子传导性材料被埋入任选为非质子传导性的聚合物基体内、或粘着于聚合物基体而形成的复合材料。
质子传导性聚合物任选具有电绝缘性且具有质子传导性。质子传导度在室温下进行测定时，任选为0.1mS/cm以上，任选为0.2mS/cm以上，任选为1mS/cm以上。
在其他方案中，离子传导性聚合物为阴离子交换膜(AEM)或阴离子交换聚合物等氢氧化物离子传导性聚合物。阴离子交换膜或阴离子交换聚合物(AEP)通常以连结有一种以上的阳离子性基团的聚合物材料或包含该一种以上的阳离子性基团的聚合物材料为基础，该阳离子性基团发挥能够使阴离子通过膜材料而进行传导的功能。这些膜或聚合物也可以包含为了能够选择性地传导阴离子而连结有阴离子交换材料的聚烯烃、或埋有阴离子交换材料的聚烯烃。作为其他的例子，可列举出直接阴离子交换聚合物自身，其能够对膜进行涂布、或埋入膜中、和/或对一个以上的电极进行涂布。AEM任选为加成到聚合物材料上的阳离子基团，或者包含加成到聚合物材料上的阳离子基团。作为这种阳离子基团，可列举出季铵基团或咪唑鎓基团。作为其他例子，还可列举出基于胍、三乙烯二胺(DABCO)、苯并咪唑鎓、吡咯烷鎓、锍、鏻及以钌的阳离子的基团。阴离子交换膜的其他示例如国际公开第2015/015513号中所记载。
在部分例子中，AEM或AEP为或包含：聚[2,2’-(2,2”,4,4”,6,6”-六甲基-对三联苯-3,3”-二基)-5,5’-苯并咪唑](HMT-PBI)或其甲基化物HMT-PMBI等基于改性苯并咪唑鎓的物质。作为其他例子，可列举出聚[2,2’-(间均三甲苯)-5,5’-双(N,N’-二甲基苯并咪唑鎓)](Mes-PDMBI,2-X-)及聚[2,2’-(间亚苯基)-5,5’-双(N,N’-二甲基苯并咪唑鎓)](PDMBI,3-X-)。上述材料可由IONOMR公司(Vancouver，CA)采购。
上述阴离子交换聚合物任选为片或薄膜的形态。在其他方案中，阴离子交换聚合物与聚烯烃材料结合、或涂布在聚烯烃材料上、或浸渗在聚烯烃材料中、或为以上形式的组合。适于阴离子交换膜、质子交换膜、或其双方的示例性的聚烯烃材料中，包含作为基底或隔膜的离子传导性聚合物发挥作用的多孔质或非多孔质的高分子量或超高分子量聚烯烃材料。作为示例性的材料，可列举出聚(亚芳基醚)、聚(联苯亚烷)、及聚苯乙烯嵌段共聚物，或以聚(亚芳基醚)、聚(联苯亚烷基)、及聚苯乙烯嵌段共聚物为基础的材料。聚合物骨架任选为或包含：聚砜、聚(对亚苯基氧化物)(PPO)、聚(对亚苯基醚)(PPE)、聚丁烯、聚(丙烯酸丁酯)、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚偏氟乙烯或聚偏二氟乙烯(PVDF)等。
离子传导性聚合物任选具有电绝缘性且对氢氧化物离子具有传导性。氢氧化物离子传导度在室温下进行测定时，任选为0.1mS/cm以上，任选为0.2mS/cm以上，任选为1mS/cm以上，任选为2mS/cm以上，任选为3mS/cm以上，任选为5mS/cm以上，任选为10mS/cm以上，任选为13mS/cm以上，任选为15mS/cm以上。
本发明所提供的隔膜可以包含一种以上的离子传导性无机粉末(ICIP)，所述离子传导性无机粉末任选如图2中的E～K所示，作为独立型的膜、作为基板上的涂层、以浸渗在多孔质基板的细孔内的状态、或作为以上形式的任意组合埋入离子交换膜中。作为ICIP的示例，可列举出未处理的钙钛矿氧化物及完成处理的钙钛矿氧化物。钙钛矿型氧化物为具有通式ABO3的材料，其中，相对较大的A阳离子配位于12个阴离子，B阳离子占据6个配位点，形成共享顶点的BO6八面体的网络。A阳离子可以为稀土类、碱或碱土类元素。通常，B元素为一种以上的过渡金属。在部分方案中，A也可以为Ca、Sr、La、Na、K、Mg、或它们的组合。任选B可以为Al、Ti、Nb、Ta、Ga、或它们的组合。作为更具体的例子，可列举出取代或未取代的NaNb0.5Al0.5O2.5、KNb0.5Al0.5O2.5、Ba2NaMoO5.5、Ba2LiMoO5.5、Ba2NaWO5.5、CaTi0.95Mg0.05O3-δ、Nd0.9Ca0.1AlO3-δ、La0.9Sr0.1Ga0.8Mg0.2O2.85、Ba2In2O5、Ba3In2ZrO8、Bi4V2O11、Bi4V1.8Cu0.2O11-δ、La0.8Sr0.2Ga0.83Mg0.17O2.815、BaCeO3、Ba2SnYO5.5、BaTbO3、BaZrO3、SrCeO3、Ba3CaNb2O9、LaScO3、CaZrO3、Gd2O3、SrTiO3、La2Zr2O7、CaSrO3、Nd2O3、SrZrO3、Er2O3、LaPO4及LaErO3等，但并不限定于此。经加工的钙钛矿氧化物也可以为经过特定工序而进行了化学改性的钙钛矿氧化物的产物。
隔膜可以以使一种以上的离子传导性聚合物、离子传导性无机粉末、或其双方涂布在离子传导性基板上、或浸渗于离子传导性基板内的状态(或这两种形式)，包含这些物质。作为离子传导性基板的示例，包含由一种以上的过渡金属、或它们的氧化物、氢氧化物、或者羟基氧化物形成的物质。作为示例，可列举出Pt、Pd、LaNi5，但并不限定于此。作为代替或补充，用于在隔膜中进行使用的离子传导性基板能够包含金属氧化物(例如，ZrO2、CeO2、TiO2)或本发明中另外记载的钙钛矿氧化物等氧化物。
隔膜可以以膜(membrane)或薄膜的形态而提供，且可以仅层叠于负极活性物质与正极活性物质之间，也可以涂布于负极活性物质、正极活性物质、或其双方上。离子传导性聚合物隔膜的形成能够通过本技术领域公知的常规聚合法，例如自由基聚合法，由所期望的前驱体材料实现。离子传导性聚合物层任选可通过在所期望的电极表面使材料聚合等，从而涂布在所期望的电极表面。也可以组合前驱体材料与溶剂并涂布在电极材料上。聚合物的聚合反应中所使用的溶剂没有特别限定。例如，溶剂可以为烃类溶剂(甲醇、乙醇、异丙醇、甲苯、庚烷及二甲苯)、酯类溶剂(乙酸乙酯及丙二醇单甲基醚乙酸酯)、醚类溶剂(四氢呋喃、二噁烷及1,2-二乙氧基乙烷)、酮类溶剂(丙酮、甲基乙基酮及环己酮)、腈类溶剂(乙腈、丙腈、丁腈及异丁腈)、卤素类溶剂(二氯甲烷及氯仿)等。作为一个例子，在电极表面组合一种以上的离子传导性聚合物隔膜前驱体材料与溶剂，并任选利用电极自身的结构、装有电极的容器、或其他保持系统进行保持，在电极表面使前驱体材料干燥或聚合，由此能够以所期望的尺寸及厚度在电极表面上形成层。
本发明所提供的隔膜具有厚度。厚度必须足够厚以便在实现所期望的电阻的同时可将负极与正极物理分离，并且不能成为会意外阻碍经由隔膜的所期望的离子的高效输送的程度的厚度。例如，隔膜的厚度为1微米至100微米以上。隔膜的厚度任选为1微米至50微米，任选为10微米至30微米，任选为20微米至30微米。
如上所述，本发明所提供的隔膜可以为薄膜或膜的形态，也可以涂布在电池单体的一个以上的其他构成要素之上，还可以为上述形式的组合。图3示出了双极性电池单体的隔膜相对于电池单体内的其他要素的示例性结构。在如图3中的A所示的部分方案中，双极性电池的电池单体包含与负极活性物质30电关联(electrically associated)的双极性金属板10，负极活性物质通过本发明所提供的隔膜40与正极活性物质20分离。如图3所示，正极活性物质可以与集流体或第二双极性金属板电关联。图3中的A示出了负极活性物质、正极活性物质及隔膜为各自独立的薄膜或膜的形态的结构，以便能够以所期望的结构各自进行层叠以形成双极性电池。
在图3中的B所示的其他示例性的方案中，双极性电池单体也可以包含作为负极30或负极活性物质上的涂层而包含的隔膜40。涂层可以层叠于与同双极性金属板10接触的负极的表面为相反侧的负极的表面上，也可以任选层叠于所述表面的整个面上。由此，隔膜不仅能够在电池单体的循环中使负极正极之间的所期望的离子输送成为可能，还可将二者完全分离以防止短路或不希望发生的自放电。
任选如图3中的C所示，隔膜40可涂布于负极30和正极20。只要负极或正极的表面积中较小的一方的表面积整体设置有隔膜材料，则隔膜可以局部或整体包覆负极或正极中的任意一者、或其双方。通过如此层叠材料，能够使负极与正极之间的高效的分离与离子传导成为可能。
在如图3中的D所示的其他示例性方案中，也可根据负极与正极的所期望的位置，将负极30、正极20、或其双方自身涂布在各个集流体基板或双极性金属板10、10’上。并且，也可以以能够实现功能性的双极性电池单体的方式层叠所得到的带涂层的双极性金属板或集流体基板，并利用本发明所记载的隔膜40的膜或薄膜将其分离。
进一步，在其他代替方案中，也可以将隔膜材料40涂布在负极30、正极20、或其双方上，由此将负极活性物质、正极活性物质、或其双方自身涂布在双极性金属板10或集流体基板上。
在如图3中的E所示的示例性方案中，负极活性物质30和正极活性物质20分别涂布在各自的双极性金属板10、10’上。并且，隔膜材料40涂布于负极活性物质30的表面。图3中的E示出了涂布在负极活性物质上的情况，但在本发明中，虽然未图示出，但也可考虑在正极活性物质上涂布隔膜。作为代替，如图3中的F所示，也可以将一种以上的相同或不同的隔膜材料40、40’涂布于负极活性物质30和正极活性物质20，由此通过对板进行层叠，可得到双极性电池单体结构。
具有负极活性物质、正极活性物质、或其双方的带涂层的双极性金属板或集流体基板的制造，通常包括在溶剂的存在下用电极活性物质的层对金属基板进行涂布。通常所使用的示例性的溶剂为N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)。此外，也可以包含以聚偏氟乙烯(PVDF)为例的粘结剂。在将电极材料的涂层应用于基板之后，可以通过加热、暴露于环境气氛下、暴露于微波能量或其他能量下等方法使涂层干燥。可以任选对材料实施提高涂层密度的压延处理(calendaring process)，也可以对涂层进行加压/加热。涂层与基板的粘合通常通过表面粗糙度、化学键和/或界面反应或者化合物来实现。
如上所述，任选如图3中的A～C所示，负极、正极、或其双方也可以作为能够仅不过是层叠在双极性金属板或集流体基板上的独立型的膜发挥作用。负极活性物质、正极活性物质的膜也可以通过形成下述膜结构而形成：将各自的电极活性物质配合溶剂与粘结剂材料，对脱模面等进行压制、压延、喷雾，然后使其干燥而得到的膜结构。
作为代替，也可以根据特定结构中所使用的是负极活性物质还是正极活性物质，将各自的电极活性物质与正极基板或负极基板等支撑基板进行组合。由于存在支撑基板，能够得到更坚固的正极或负极结构，其能够与双极性板、集流体基板及隔膜各自地进行层叠，以进行迅速的制造。用于负极或正极的示例性的基板为不锈钢、镀镍钢等钢、铝(任选为铝合金)、镍或镍合金、铜或铜合金、聚合物、玻璃、或者能够使所期望的离子及电子适当地传导或透过的其他材料、或其他诸如此类的材料。一个以上的基板可以为片(任选为箔)、固体基板、多孔质基板、栅格(grid)、发泡体或者被一种以上的金属包覆的发泡体、开孔镀镍不锈钢等开孔金属材料等形态、或其他形态。在部分方案中，负极基板、正极基板、或其双方为箔的形态。栅格任选可包含金属拉网栅格(expanded metal grid)或开孔箔栅格。负极基板、正极基板、或其双方无需与双极性金属板或集流体基板直接接触，也可以收纳于各自的电极活性物质内。然而，在部分方案中，负极基板、正极基板、或其双方与双极性金属板和/或集流体基板电接触，任选直接电接触。
本发明所提供的双极性电池单体中所使用的负极活性物质任选包含一种以上的贮氢材料。负极活性物质任选包含SixM1-x，其中，M包含一种以上的除Si以外的ⅣA族、过渡金属、后过渡金属、或碱或者碱土类元素，作为掺杂物，0＜x＜1。作为这种材料的示例，为ABx型的贮氢材料，其中，A为氢化物形成元素，B为非氢化物形成元素，x为1～5。作为示例，可列举出本技术领域已知的AB、AB2、AB3、A2B7、A5B19及AB5型的材料。作为氢化物形成金属成分(A)，可任选列举出钛、锆、钒、铪、镧、铈、镨、钕、钷、钐、钇、或它们的组合、或混合稀土(mischmetal)等其他金属，但并不限定于此。作为B(非氢化物形成)成分，可任选列举出选自由铝、铬、锰、铁、镍、钴、铜、锡、或它们的组合组成的组中的金属。在部分方案中，可进一步包含在负极电化学活性物质中的ABx型材料，例如已被美国专利第5,536,591号及美国专利第6,210,498号公开。非ⅣA族含有贮氢材料任选为Young,et al.,InternationalJournal of Hydrogen Energy,2014；39(36):21489-21499或Young,et al.,Int.J.Hydrogen Energy,2012；37:9882中记载的材料。负极活性物质任选为美国专利申请公开第2016/0118654号中记载的物质。在部分方案中，负极活性物质包含Ni、Co、Al、Mn的氢氧化物、氧化物、或羟基氧化物、或它们的组合，且任选为美国专利第9,502,715号中记载的物质。负极活性物质任选包含Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ag、Au、Cd等过渡金属或它们的组合，且任选为美国专利第9,859,531号中公开的物质。
在部分方案中，式SixM1-x中的M任选为一个以上的ⅣA族。ⅣA族中包含碳(C)、硅(Si)、锗(Ge)、锡(Sn)及铅(Pb)。在部分方案中，ⅣA族不包含Pb，ⅣA族任选为C、Si、Ge、或它们的任意组合。在部分方案中，负极电化学活性物质包含Si。负极电化学活性物质任选包含C。负极电化学活性物质任选包含Ge。M任选为C、Ge、或它们的任意组合。M任选为C。M任选为Ge。x任选为0.5以上，x任选为0.55以上，x任选为0.6以上，x任选为0.65以上，x任选为0.7以上，x任选为0.71以上，x任选为0.72以上，x任选为0.73以上，x任选为0.74以上，x任选为0.75以上，x任选为0.76以上，x任选为0.77以上，x任选为0.78以上，x任选为0.79以上，x任选为0.8以上，x任选为0.85以上，x任选为9以上，x任选为0.95以上，x任选为0.96以上，x任选为0.97以上，x任选为0.98以上，或x任选为0.99以上。
负极活性物质以粉末的形态提供。即，负极电化学活性物质在摄氏25度(℃)下为固体，且不含基板。粉末可以通过粘结剂保持在一起，该粘结剂在形成负极时使粉末颗粒在涂布在基板、双极性金属板或集流体基板之上或内部的层中会合。
此外，本发明所提供的双极性电池单体包含含有正极活性物质的正极。正极活性物质具有在电池循环中吸收氢离子并使其脱附的能力，以使正极活性物质与负极活性物质组合发挥作用并产生电流。作为适合用于正极活性物质的示例性材料，可列举出金属氢氧化物。作为可用于正极活性物质的金属氢氧化物的示例，可列举出美国专利第5,348,822号、美国专利第5,637,423号、美国专利第5,366,831号、美国专利第5,451,475号、美国专利第5,455,125号、美国专利第5,466,543号、美国专利第5,498,403号、美国专利第5,489,314号、美国专利第5,506,070号、美国专利第5,571,636号、美国专利第6,177,213号及美国专利第6,228,535号中记载的金属氢氧化物。
在部分方案中，在正极活性物质中，Ni的氢氧化物以单独的形式而包含，或者以与一种以上的追加金属的组合的形式而包含。正极活性物质任选包含Ni与1、2、3、4、5、6、7、8、9种以上的追加金属。正极活性物质任选包含Ni作为唯一的金属。
正极活性物质任选包含选自由Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、Lu、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、其氢化物、其氧化物、其氢氧化物、其羟基氧化物、或它们的任意组合组成的组中的一种以上的金属。正极活性物质任选包含Ni、Co、Mn、Zn、Al、Zr、Mo、Mn、稀土类、或它们的组合中的一种以上。在部分方案中，正极活性物质包含Ni、Co、Al、或它们的组合。
正极活性物质也可以包含Ni。以相对于正极活性物质中的全部金属的原子比率计，Ni任选以10at％以上而存在。Ni任选以15at％以上而存在，任选以20at％以上、任选以25at％以上、任选以30at％以上、任选以35at％以上、任选以40at％以上、任选以45at％以上、任选以50at％以上、任选以55at％以上、任选以60at％以上、任选以65at％以上、任选以70at％以上、任选以75at％以上、任选以80at％以上、任选以85at％以上、任选以90at％以上、任选以91at％以上、任选以92at％以上、任选以93at％以上、任选以94at％以上、任选以95at％以上、任选以96at％以上、任选以97at％以上、任选以98at％以上、任选以99at％以上而存在。任选正极电化学活性物质中的唯一的金属为Ni。
负极活性物质、正极活性物质、或其双方任选为粉末状或颗粒状。颗粒也可以在形成负极或正极时通过粘结剂保持在一起并在集流体上形成层。适合用于形成负极、正极、或其双方的粘结剂任选为适合该目的及质子传导的本技术领域中公知的任意粘结剂。
例如，用于形成负极、正极、或其双方的粘结剂，包含聚合物粘结剂材料，但并不限定于此。粘结剂材料任选为弹性体材料，任选为苯乙烯-丁二烯(SB)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SIS)、及苯乙烯-乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)。作为粘结剂的具体示例，可列举出聚四氟乙烯(PTFE)、聚乙烯醇(PVA)、聚四氟乙烯化乙炔黑(teflonized acetylene black)(TAB-2)、苯乙烯-丁二烯粘结剂材料、或/和羧甲基纤维素(CMC)，但并不限定于此。例如记载于美国专利第10,522,827号。电化学活性物质相对于粘结剂的比任选为4:1至1:4。电化学活性物质相对于粘结剂的比任选为1:3至1:2。
正极、负极、或其双方进一步还可以包含与活性物质进行了混合的一种以上的添加剂。添加剂任选为导电性材料。导电性材料以导电性碳为最佳。作为导电性碳的示例，可列举出石墨。作为其他实例，还有石墨化焦炭等包含石墨状碳的材料。作为可以考虑的碳材料的其他例子，可列举出石油焦炭或炭黑这种可以为非晶质、非结晶性、无秩序的非石墨状碳。导电性材料任选在负极或正极中以重量％(wt％)计以0.1wt％～20wt％而存在，或者以该范围内的任意值或范围而存在。
负极或正极能够通过本技术领域中公知的任意方法而形成。例如，能够将负极电化学活性物质或正极电化学活性物质在适当的溶剂中与粘结剂、任选与导电性材料组合，从而形成浆料。通过将该浆料涂布于双极性金属板、集流体基板或电极支撑体上，并使其干燥，使部分或全部的溶剂蒸发，由此能够形成具有电化学活性的层。
本发明所提供的双极性电池的电池单体包含与负极活性物质、正极活性物质、或其双方相关联的双极性金属板。在双极性金属板的第一侧，负极活性物质与双极性金属板电接触，在双极性金属板的第二侧，正极活性物质与双极性金属板电接触。双极性金属板也可以由任意的适当的电子传导性材料形成。双极性金属板任选为不锈钢、镀镍钢等钢、铝(任选为铝合金)、镍或镍合金、铜或铜合金、聚合物、玻璃、或者能够使所期望的电子适当地传导或透过的其他材料、或其他诸如此类的材料。双极性金属板可以为片(任选为箔)、固体基板、多孔质基板、栅格、发泡体或者被一种以上的金属包覆的发泡体的形态、或其他形态。在部分方案中，双极性金属板为箔的形态。栅格任选可包含拉网金属栅格或开孔箔栅格。
本发明所提供的双极性电池既可以为负极限制型，也可以为正极限制型。与正极或负极关联的限制型是指，相对于对电极是相对的，且可通过容量、表面积、或其双方进行限制。电池任选为正极限制型，即，正极的容量、表面积、或其双方小于负极的容量。在部分方案中，正极相对于负极的容量之比小于1，任选为0.99以下，任选为0.98以下，0.97以下、0.96以下、0.95以下、0.9以下、0.85以下、或0.8以下。正极相对于负极的表面积之比任选为小于1，任选为0.99以下、任选为0.98以下、0.97以下、0.96以下、0.95以下、0.9以下、0.85以下、或0.8以下。
在部分方案中，本发明所提供的隔膜通过传导质子或氢氧化物离子、且为了在负极与正极之间作为隔膜发挥作用而提供必须的电绝缘特性的隔膜的能力，可作为隔膜和电解质发挥作用，但在部分方案中，可理解为，双极性电池可进一步包含另外的电解质、任选进一步包含液体或固体聚合物电解质。电解质既可以浸渗于隔膜中，也可以在与隔膜邻接的电极之间的单侧或两侧与隔膜邻接。
电解质可以为任意的质子或氢氧化物离子传导性电解质。电解质任选为包含钾、钠、钙、锂的氢氧化物、或它们的任意组合的碱氢氧化物。作为电解质的具体且非限定性的示例，可列举出任意的适当浓度的、任选水中重量为20～45wt％的KOH、NaOH、LiOH、Ca(OH)2等。
在其他方案中，电解质任选为固体聚合物电解质。作为固体聚合物电解质，可列举出聚(环氧乙烷)、聚(乙烯醇)、聚(丙烯酸)、或表氯醇与环氧乙烷的共聚物等高分子材料，也可以为任选包含钾、钠、钙、锂的氢氧化物、或它们的任意组合中的一种以上的高分子材料。
电解质任选可为一种以上的有机溶液，或者也可以包含一种以上的有机溶液。作为有机电解质材料的示例，可列举出碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丙酯(PC)、二甲基亚砜(DMSO)、二甲基甲酰胺(DMF)、或添加有酸的聚乙烯醇(PVA)、本技术领域中公知的质子传导性离子液体。作为质子传导性离子液体的示例，可列举出包含1-丁基-3-甲基咪唑鎓(BMIM)、1-乙基-3-甲基咪唑鎓(EMIM)、1,3-二甲基咪唑鎓、1-乙基-3-甲基咪唑鎓、1,2,3-三甲基咪唑鎓、三-(羟乙基)甲基铵、1,2,4-三甲基吡唑鎓的乙酸盐、磺酸盐或硼酸盐、或它们的组合，但并不限定于此。作为具体实例，可列举出二乙基甲基铵三氟甲烷磺酸酯(DEMATfO)、1-乙基-3-甲基咪唑鎓乙酸酯(EMIM Ac)或1-丁基-3-甲基咪唑鎓双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺(BMIM TFSI)。
电池单体堆任选两端被集流体基板夹持。集流体基板可由具有适合从关联的电池单体向外部环境传导电子的导电性的任意材料形成。集流体基板可由不锈钢、镀镍钢等钢、铝(任选为铝合金)、镍或镍合金、铜或铜合金、或者其他诸如此类的材料形成。为了实现在酸性电解液中的耐腐蚀性，集流体基板也可以由不锈钢形成。任选电池单体堆的负极端与正极端的集流体基板由镀镍不锈钢形成。
集流体任选可以为片的形态、箔、固体基板、多孔质基板、栅格、发泡体或被一种以上的金属包覆的发泡体的形态、或者本技术领域中公知的其他形态。在部分方案中，集流体为箔的形态。栅格任选可包含拉网金属栅格或开孔箔栅格。
集流体或基板可包含一个以上的极耳，其用于使电子能够自集流体移动至电池单体外部区域，并使一个或多个集流体与电路连接，以便将电池单体放电时所产生的电子用于向一个或多个器件供给电力。极耳可由任意的适当导电性材料(例如，Ni、Al、或其他金属)形成，并能够焊接在集流体上。任选各电极具有一个极耳。
双极性电池的电池单体堆可收纳于电池单体壳(例如外壳)中。外壳可以为金属制或聚合物制罐的形态，也能够制成铝包覆聚丙烯薄膜等可热封的铝箔等层压薄膜。由此，本发明所提供的双极性电池可以为任意的已知电池单体形状，例如，可以为纽扣电池、袋式电池、圆筒形电池、或其他适当的形态。在部分方案中，外壳为柔性薄膜、任选为聚丙烯薄膜的形态。这种外壳一般用于形成袋式电池单体。质子传导性电池可以具有任意的适当形态或形状，可以为圆筒形或方柱形。
双极性电池包含2个以上的电池单体，各电池单体被双极性金属板分离，并在电堆的各端存在集流体基板。双极性电池可在电堆配置中具有2个以上的电池单体，任选可具有3个以上的电池单体、任选可具有4、5、6、7、8、9、10个以上的电池单体。
本发明所提供的双极性电池具有超出预期的高库伦效率。本发明的库伦效率能够作为下述值进行测定：将每单位负极活性物质100mAh/g的放电容量(单位：mAh)、每单位负极活性物质24mAh/g的放电容量(单位：mAh)、每单位负极活性物质8mAh/g的放电容量(单位：mAh)相加，并用全部放电容量除以充电量而获得的值。本发明所提供的双极性电池的库伦效率任选为70％以上、任选为71％、任选为72％、任选为73％、任选为74％、任选为75％、任选为79％、任选为80％、任选为81％、任选为82％、任选为83％、任选为84％、任选为85％，此处的库伦效率为电池的稳定最大库伦效率。
本发明的各种方案通过以下的非限定性的实施例进行说明。实施例的目的仅在于示例，并不会对实施本发明加以限定。可在不脱离本发明的主旨及范围的情况下进行变形及修正。
实施例
实施例1
将阴离子交换膜用作独立型隔膜，制作试验用双极性电池。负极为贴附于开孔镀镍不锈钢板上的电极，其将超晶格金属氢化物合金作为活性物质，并包含多种粘结剂。正极为贴附于Ni发泡体上的电极，其将Co包覆Ni(OH)2作为活性物质，并包含多种粘结剂。电池单体设计为正极限制型。负极的整体大小为14×23×0.31毫米(mm)。正极的整体大小为10×18×0.37mm。作为隔膜，采用IONOMR公司(Vancouver，CA)的AEM8_25阴离子交换膜。将负极、正极、及隔膜在KOH-NaOH-LiOH(3N-3N-0.4N)溶液中浸渍17小时。浸渍后，将多余的电解液从表面上擦去，将负极、隔膜及正极被作为双极性金属板发挥作用的镍板隔开，且以夹持在电池的负极端的Ni块集流体基板与电池的正极端的Ni发泡集流体基板之间的方式进行组合，从而制作双极性电池单体。制作两个电池。一个在整个双极性电池堆中组装有两个电池单体，另一个电池则在整个双极性电池堆中组装有5个电池单体。
对电池进行以下的循环：充电-0.05C(各电池单体的每单位正极活性物质14.45mA/g)、12小时(hr)(充电状态60％)；暂停1分钟(min)；放电-0.05C(14.45mA/g)；暂停1分钟；放电0.025C(7.2mA/g)；暂停1分钟；放电：0.0125C(3.6mA/g)；暂停1分钟；放电：0.01C(2.9mA/g)，直至最终截止电压(5电池单体堆时为4伏(V)、2电池单体堆时为1.6V)。对于这些电池单体而言，1C等于由每单位活性物质重量289mAh/g的标准正极计算出的289mA/g。
在表1中示出5电池单体电池的最初16个循环的每单位正极活性物质重量的容量(mAh)。
[表1]
大于97％的放电是由于最高放电率(C/20)。库伦效率在10次循环之后稳定在96％。在图4中示出从最初的15次循环中选择的循环的充电/放电特性。如图所示，充电终止电压约为7.3V，约为单个电池单体的通常的充电终止电压的5倍，其显示出双极性电池单体的优异电池单体容量与库伦效率。
实施例2
除了代替AEM膜，使用在由2毫升(ml)的乙醇与0.04克(g)的阴离子交换聚合物(IONOMR公司，Vancouver，Canada)制作的阴离子交换溶液中浸渍了10分钟的多孔质聚烯烃膜(Shenzhen Highpower公司，Guangdong，China)以外，制作与实施例1的2电池单体电池相同的第二电池。浸渍后，将隔膜在空气中干燥1小时。将电极与隔膜(17×27×0.015mm)浸渍于与实施例1相同的电解液中。
以与实施例1相同的方式组装电池，并以实施例1的条件进行循环。在表2中示出最初的25个循环的结果。
[表2]
与实施例1的电池相同，大于95％的放电是由于最高放电率(C/20)。库伦效率在17次循环之后达到大于90％的稳定效率。图5中示出从最初的7次循环中选择的循环的充电/放电特性。充电终止电压约为3.0V，约为单个电池单体的通常的充电终止电压的3倍，其显示出双极性电池单体的优异电池单体容量与库伦效率。
针对特定方案的上述说明仅为示例性性质的说明，并非旨在限定权利要求书记载的本发明的范围、其应用或用途，这些范围、应用或用途当然是可变的。本发明以与本发明所包含的非限定性定义与术语的关联而提供。这些定义与术语并非旨在发挥限定本发明的范围或实施的作用，其仅以示例及说明为目的而提示。工艺或组合物被记载为按照某种顺序的各种步骤、或使用特定材料的物质，但应当理解为，步骤或材料可彼此交换，以能够包括多种方法配置的多个部分或步骤，这是本领域技术人员容易理解的。
如果某个要素被称为在其他要素之“上”，则应当理解为该要素可以直接存在于其他要素之上，或者也可以在它们之间还存在有介入要素。相反，如果某个要素被称为“直接”设置在其他要素之上，则不存在介入要素。
在本发明中，有时使用“第一”、“第二”、“第三”等术语对各种要素、构成要素、区域、层、和/或部分进行了说明，应当理解为这些要素、构成要素、区域、层、和/或部分并不限定于这些术语。这些术语仅仅是用于将一个要素、构成要素、区域、层、或部分与其他的要素、构成要素、区域、层、或部分进行区分。即，只要不脱离本发明的教导，也能够将后述的“第一要素”、“构成要素”、“区域”、“层”或“部分”称作“第二要素”、“构成要素”、“区域”、“层”或“部分”。
本发明中所使用的术语并非旨在限定，而是仅以对特定的实施形态进行说明为目的。当用于本发明时，除非另有明确说明，单数形式(“a”、“an”及“the”)旨在包括复数形式，包括“至少一种”，除非内容另有明确说明。“或”是指“和/或”。当用于本发明时，“和/或”这一术语包括相关列出项目中的一个以上的任何所有组合。应进一步理解，当用于本说明书时，术语“具备/包含”(“comprises”和/或“comprising”)或“包含”(“includes”和/或“including”)，虽指定所述特征、区域、整数、步骤、操作、要素和/或构成要素的存在，但并不排除存在或追加一个以上的其他特征、区域、整数、步骤、操作、要素和/或构成要素、和/或它们的组。术语“或它们的组合”是指包括至少一个上述要素的组合。
除非另有定义，否则本发明中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本领域技术人员通常理解的含义相同的含义。进一步，诸如在常用词典中定义的术语，应当被解释为具有与其在相关技术和本发明的上下文中的含义一致的含义，并且除非在本发明中进行了明确定义，否则不会解释为被理想化的含义或过度的形式含义。
本说明书中所提到的专利、出版物及申请示出本发明所属技术领域的本领域技术人员的水平。这些专利、出版物及申请可通过引用而并入本说明书中，其程度与每个单独的专利、出版物或申请通过单独地具体引用而并入本说明书时的程度相同。
综上所述，应当理解为可对本发明进行其他修正及变形。附图、讨论及说明用于对本发明的部分具体实施形态进行举例。而并非对本发明的实施加以限定。本发明的范围由涵盖全部均等范围的权利要求书而决定。

Claims (39)

1.一种电池，其为包含被堆叠的多个电池单体的双极性电池，其中，两个以上的所述电池单体包含：
包含正极活性物质的正极、
包含负极活性物质的负极、
所述正极与所述负极之间的质子或氢氧化物离子传导性聚合物隔膜、
与所述负极或所述正极相关联的双极性金属板、及
任选包含的包含可传导质子或氢氧化物离子的固体聚合物的电解质。
2.根据权利要求1所述的电池，其中，所述双极性金属板与所述正极及所述负极相关联。
3.根据权利要求1所述的电池，其中，所述隔膜为薄膜的形态，且所述薄膜既不粘合于所述负极，也不粘合于所述正极。
4.根据权利要求1所述的电池，其中，所述隔膜为在所述负极、所述正极、或所述负极与所述正极上的涂层的形态。
5.根据权利要求1所述的电池，其中，所述正极通过将正极活性物质贴附于正极基板而形成，或者所述负极通过将负极活性物质贴附于负极基板而形成，或者所述正极通过将正极活性物质贴附于正极基板而形成、并且所述负极通过将负极活性物质贴附于负极基板而形成。
6.根据权利要求5所述的电池，其中，所述正极基板、所述负极基板、或所述正极基板与所述负极基板包含Ni箔，任选包含多孔质Ni箔。
7.根据权利要求1所述的电池，其中，所述隔膜选择性地传导阳离子或阴离子。
8.根据权利要求7所述的电池，其中，所述隔膜选择性地传导阴离子。
9.根据权利要求7所述的电池，其中，所述阴离子为氢氧化物阴离子。
10.根据权利要求7所述的电池，其中，所述离子传导性聚合物包含氢氧化物离子传导性膜，所述氢氧化物离子传导性膜任选包含与胺进行了键合的支撑聚合物。
11.根据权利要求7所述的电池，其中，所述离子传导性聚合物包含质子传导性膜。
12.根据权利要求11所述的电池，其中，所述质子传导性膜包含全氟化聚合物，任选包含全氟磺酸(PFSA)聚合物。
13.根据权利要求1所述的电池，其中，所述固体电解质为膜的形态。
14.根据权利要求7所述的电池，其中，所述离子传导性聚合物涂布于固体离子传导性基板上。
15.根据权利要求14所述的电池，其中，所述离子传导性基板包含Pt、Pd、LaNi5、或者氧化物，任选包含ZrO2或钙钛矿氧化物、或者它们的组合。
16.根据权利要求7所述的电池，其中，所述离子传导性聚合物被埋入多孔质基板中，任选所述多孔质基板的以空隙相对于总体积的体积规定的孔隙率为40％以上。
17.根据权利要求16所述的电池，其中，在所述多孔质基板的一侧或两侧进一步包含质子或氢氧化物离子传导性聚合物的层。
18.根据权利要求7～17中任一项所述的电池，其中，所述离子传导性聚合物的所述至少一部分进一步包含离子传导性有机粉末。
19.根据权利要求1～7中任一项所述的电池，其特征在于，库伦效率大于70％，任选大于80％。
20.根据权利要求1～7中任一项所述的电池，其中，所述负极活性物质包含吸氢金属或吸氢金属合金。
21.根据权利要求20所述的电池，其中，所述金属合金包含ABx型的贮氢材料的金属合金，其中，A为氢化物形成元素，B为非氢化物形成元素，x为1～5。
22.根据权利要求20所述的电池，其中，所述金属包含SixM1-x，其中，M包含除Si以外的一种以上的ⅣA族，0＜x≤1。
23.根据权利要求1～7中任一项所述的电池，其中，所述正极活性物质包含：Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、Lu、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Bi、其氢化物、其氧化物、其氢氧化物、或它们的任意组合。
24.根据权利要求23所述的电池，其中，相对于所述正极电化学活性物质中的全部金属，所述正极活性物质包含10at％以上的Ni或Mn，任选包含80at％以上的Ni或Mn，任选包含90at％以上的Ni或Mn。
25.根据权利要求23所述的电池，其中，所述正极电化学活性物质包含Ni、Co、Mn、Zn、Al的氢氧化物、或它们的组合。
26.根据权利要求23所述的电池，其中，所述正极电化学活性物质包含Ni。
27.一种电池，其为包含被堆叠的多个电池单体的双极性电池，其中，两个以上的所述电池单体包含：
正极，其为包含能够可逆地吸收氢的正极活性物质的正极，所述正极活性物质与正极基板相关联；
负极，其为包含能够可逆地吸收氢的负极活性物质的负极，所述负极活性物质与负极基板相关联；
隔膜，其为所述正极与所述负极之间的质子或氢氧化物离子传导隔膜，并以能够选择性地输送质子或氢氧化物离子的方式而构成，且作为薄膜、作为多孔质支撑膜的构成要素、或它们的组合而构成；及
双极性金属板，其与所述负极或所述正极相关联。
28.根据权利要求27所述的电池，其中，所述隔膜选择性地传导阴离子。
29.根据权利要求27所述的电池，其中，所述阴离子为氢氧化物阴离子。
30.根据权利要求27所述的电池，其中，所述离子传导性聚合物包含质子传导性膜。
31.根据权利要求30所述的电池，其中，所述质子传导性膜包含全氟化聚合物，任选包含全氟磺酸(PFSA)聚合物。
32.根据权利要求27所述的电池，其中，所述隔膜进一步包含一种以上的离子传导性无机粉末。
33.根据权利要求27所述的电池，其中，所述电池作为正极容量限制型而构成。
34.根据权利要求27～33中任一项所述的电池，其中，所述隔膜为薄膜的形态，所述薄膜既不粘合于所述负极，也不粘合于所述正极。
35.根据权利要求27～33中任一项所述的电池，其中，所述隔膜为在所述负极、所述正极、或所述负极与所述正极上的涂层的形态。
36.根据权利要求27～33中任一项所述的电池，其中，所述正极由贴附于所述正极基板的正极活性物质形成，或者所述负极由贴附于所述负极基板的负极活性物质形成，或者所述正极由贴附于所述正极基板的正极活性物质形成、并且所述负极由贴附于所述负极基板的负极活性物质形成。
37.根据权利要求27～33中任一项所述的电池，其中，所述负极活性物质包含SixM1-x，其中，M包含除Si以外的一种以上的ⅣA族，0＜x≤1。
38.根据权利要求27～33中任一项所述的电池，其中，相对于所述正极电化学活性物质中的全部金属，所述正极活性物质包含10at％以上的Ni或Mn的氧化物、氢氧化物或羟基氧化物，任选包含80at％以上的Ni或Mn的氧化物、氢氧化物或羟基氧化物、任选包含90at％以上的Ni或Mn的氧化物、氢氧化物或羟基氧化物。
39.根据权利要求27～33中任一项所述的电池，其特征在于，活性化后的稳定库伦效率大于70％，任选大于80％。
CN202180098194.1A 2021-05-13 2021-05-13 具备基于质子及氢氧化物离子传导性聚合物的隔膜的双极性电池 Pending CN117716559A (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2021/018281 WO2022239204A1 (en) 2021-05-13 2021-05-13 Bipolar battery with proton and hydroxide ion conducting polymer based separator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN117716559A true CN117716559A (zh) 2024-03-15

Family

ID=76197528

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202180098194.1A Pending CN117716559A (zh) 2021-05-13 2021-05-13 具备基于质子及氢氧化物离子传导性聚合物的隔膜的双极性电池

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20240429367A1 (zh)
JP (1) JP7697047B2 (zh)
KR (1) KR20240007937A (zh)
CN (1) CN117716559A (zh)
WO (1) WO2022239204A1 (zh)

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5536591A (en) 1990-04-26 1996-07-16 Ovonic Battery Company, Inc. Electrochemical hydrogen storage alloys for nickel metal hydride batteries
CA2095036C (en) 1990-10-29 1997-03-04 Hiroyuki Mori Metal hydride electrode, nickel electrode and nickel-hydrogen battery
WO1992022934A1 (en) 1991-06-14 1992-12-23 Yuasa Corporation Nickel electrode for alkali storage batteries
DE69232392T2 (de) 1991-10-21 2002-08-29 Yuasa Corp., Takatsuki Verfahren zur herstellung einer nickelplatte und einer alkalibatterie
JP3097347B2 (ja) 1992-09-18 2000-10-10 松下電器産業株式会社 ニッケル・水素蓄電池
JP3438142B2 (ja) 1992-09-18 2003-08-18 松下電器産業株式会社 中・大容量密閉式金属酸化物・水素蓄電池
US5348822A (en) 1992-11-12 1994-09-20 Ovonic Battery Company, Inc. Chemically and compositionally modified solid solution disordered multiphase nickel hydroxide positive electrode for alkaline rechargeable electrochemical cells
US5344728A (en) 1992-11-12 1994-09-06 Ovonic Battery Company, Inc. Compositionally and structurally disordered multiphase nickel hydroxide positive electrode for alkaline rechargeable electrochemical cells
US5451475A (en) 1993-04-28 1995-09-19 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Nickel positive electrode for alkaline storage battery and sealed nickel-hydrogen storage battery using nickel positive electrode
KR0148827B1 (ko) 1994-05-20 1998-10-15 전성원 알카리전지용 고밀도 수산화니켈의 제조방법
JP3959749B2 (ja) * 1995-05-24 2007-08-15 株式会社ジーエス・ユアサコーポレーション 固体高分子電解質を備えた金属水素化物二次電池
US6210498B1 (en) 1998-04-22 2001-04-03 Energy Conversion Devices, Inc. Hydrogen storage alloys and methods and improved nickel metal hydride electrodes and batteries using same
US6177213B1 (en) 1998-08-17 2001-01-23 Energy Conversion Devices, Inc. Composite positive electrode material and method for making same
US6228535B1 (en) 1998-08-17 2001-05-08 Ovonic Battery Company, Inc. Nickel hydroxide positive electrode material exhibiting improved conductivity and engineered activation energy
JP3594895B2 (ja) 2000-11-02 2004-12-02 Ｎｅｃトーキン株式会社 プロトン伝導型ポリマー２次電池
JP3815774B2 (ja) 2001-10-12 2006-08-30 松下電器産業株式会社 電解質を含む電気化学素子
GB2511494B (en) 2013-03-04 2015-01-21 Cumulus Energy Storage Ltd Rechargeable copper-zinc cell
CA2919820C (en) 2013-07-31 2022-07-19 Council Of Scientific & Industrial Research Anion exchange membrane for electrodialysis applications and process for the preparation thereof
US20160118654A1 (en) 2014-10-24 2016-04-28 Ovonic Battery Company, Inc. Bcc metal hydride alloys for electrochemical applications
US9502715B2 (en) 2015-01-23 2016-11-22 Ovonic Battery Company, Inc. Disordered anodes for Ni-metal rechargeable battery
US9859531B2 (en) * 2015-02-06 2018-01-02 Ovonic Battery Company, Inc. Alkaline and non-aqueous proton-conducting pouch-cell batteries
US10522827B2 (en) 2015-05-04 2019-12-31 Basf Corporation Electrochemical hydrogen storage electrodes and cells
WO2018213601A2 (en) * 2017-05-19 2018-11-22 Cougeller Research Llc Rechargeable battery with anion conducting polymer
AU2020323485B2 (en) * 2019-07-26 2025-10-30 Form Energy, Inc. Rechargeable battery using iron negative electrode and manganese oxide positive electrode

Also Published As

Publication number Publication date
JP7697047B2 (ja) 2025-06-23
KR20240007937A (ko) 2024-01-17
WO2022239204A1 (en) 2022-11-17
US20240429367A1 (en) 2024-12-26
JP2024519726A (ja) 2024-05-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102714338B (zh) 空气电池、空气电池组堆
US7377948B2 (en) Layered electrochemical cell and manufacturing method therefor
CN102027630B (zh) 具有锂介质的铁-空气蓄电池
JP5644873B2 (ja) 空気二次電池
US10153528B2 (en) Metal hydride-air (MH-AIR) battery for low cost storage applications
CN104737357B (zh) 镍氢蓄电池以及电池组
KR102847247B1 (ko) 알칼리 배터리에서 선택성 이온 침투를 위한 이온 선택성 막
EP2580802A2 (en) Rechargeable alkali metal-air battery
CN101904044A (zh) 空气极及非水空气电池
KR101766950B1 (ko) 내열 절연층을 갖는 세퍼레이터
CN103081218A (zh) 金属氧电池
KR20250035593A (ko) 고체전해질, 및 이의 제조 방법, 이차전지, 전지모듈, 전지팩 및 전기기기
JP2020087554A (ja) 亜鉛電池用電解液及び亜鉛電池
WO2022209010A1 (ja) 空気極／セパレータ接合体及び金属空気二次電池
JP7697047B2 (ja) プロトンおよび水酸化物イオン伝導性ポリマーベースのセパレータを備えるバイポーラ電池
WO2022145034A1 (ja) ニッケル水素二次電池
US20240347692A1 (en) Paste-type electrode for proton conductive secondary battery and proton conductive secondary battery provided with same
US20240283089A1 (en) Proton conducting rechargeable batteries and processes
JP2022081421A (ja) 亜鉛電池用負極体及び亜鉛電池
WO2022239205A1 (ja) プロトン伝導型二次電池
US20240429460A1 (en) Rechargeable alkaline battery with enhanced cycling stability and coulombic efficiency
WO2022209009A1 (ja) 空気極／セパレータ接合体及び金属空気二次電池
JP2023151353A (ja) 蓄電デバイス用セパレータ及び蓄電デバイス
JP5803458B2 (ja) 金属空気電池及び金属空気電池の製造方法
WO2022145032A1 (ja) プロトン伝導型二次電池用電解液およびこれを備えるプロトン伝導型二次電池

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination