ЖЕСТКИЙ ОТСЕК ОТРИЦАТЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРОДА ДЛЯ МЕТАЛЛОВОЗДУШНОЙ БАТАРЕИ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ

1. Прекурсор отсека отрицательного электрода для перезаряжаемых металловоздушных батарей, содержащий:
(a) жесткий полимерный корпус (1), открытый, по меньшей мере, с одной из его сторон,
(b) по меньшей мере, одну мембрану (2) твердого электролита, которая проводит ионы щелочных металлов и которая полностью, герметично закрывает открытую сторону или стороны жесткого корпуса,
(c) по меньшей мере, одно защитное покрытие (5), которое является инертным по отношению к ионам щелочных металлов, покрывающее внутреннюю поверхность мембраны (2) твердого электролита, предпочтительно полностью,
(d) по меньшей мере, один металлический токосборник (3) в виде листа, покрытия или тонкой пластины, наложенный или нанесенный на внутреннюю поверхность защитного покрытия (5), который закрывает почти всю внутреннюю поверхность указанного защитного покрытия, не соприкасаясь по краям с жестким корпусом (1), а также
(e) по меньшей мере, один гибкий электронный проводник (6) в виде сетки или листа, герметично проходящий через одну из стенок жесткого корпуса и соединенный с токосборником (3).
2. Прекурсор по п.1, который содержит одну мембрану (2) твердого электролита.
3. Прекурсор по п.1, который содержит две мембраны (2а, 2b) твердого электролита, которые предпочтительно образуют две противоположные поверхности прекурсора отсека отрицательного электрода.
4. Прекурсор по п.1, который дополнительно содержит, по меньшей мере, один блок (4) из упругого материала, прижатый к токосборнику (3) и заполняющий, по существу, все внутреннее пространство, образуемое стенками жесткого корпуса и твердым электролитом (2), причем указанный блок создает, за счет своей упругости, незначительное давление на токосборник, прижимая его к мембране твердого электролита.
5. Прекурсор по п.1, в котором мембрана (2) твердого электролита является керамической мембраной, которая проводит ионы натрия или ионы лития, предпочтительно ионы лития.
6. Прекурсор по п.1, в котором мембрана твердого электролита является керамической мембраной с формулой
1-x
x
1-y
y
2-x
4
3
Li(M,Ga,Al)(GeTi)(PO),
1+x
2
x
3-x
12
где М является одним или несколькими металлами, выбираемыми из Nd, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm или Yb, либо керамической мембраной с формулой NaZrSPO, где 0≤x≤3.
7. Прекурсор по п.1, в котором толщина мембраны твердого электролита составляет от 30 до 500 мкм, предпочтительно от 50 до 160 мкм.
8. Прекурсор по п.1, в котором мембрана твердого электролита опирается на усилительную конструкцию, которая оставляет большую часть площади поверхности мембраны свободной.
3
3
9. Прекурсор по п.1, в котором защитное покрытие (5) является покрытием на основе LiN, LiP, LiI, LiBr, LiF, литий-фосфорного оксинитрида (LiPON) или натрий-форсфорного оксинитрида (NaPON), предпочтительно покрытием LiPON или NaPON.
10. Прекурсор по п.1, в котором блок из упругой пены (4) является полихлоропреновой пеной.
11. Прекурсор по п.1, в котором на контактную область между токосборником (3) и электронным проводником (6) нанесен серебряный лак.
12. Прекурсор по п.1, в котором жесткий корпус (1) изготовлен из термореактивного или холодно-отверждаемого полимера, предпочтительно из холодно-отверждаемой эпоксидной смолы.
13. Способ изготовления отсека отрицательного электрода для перезаряжаемых металловоздушных батарей, включающий:
- приведение всей или части внешней поверхности мембраны твердого электролита прекурсора отсека по любому из пп.1-12 в контакт с жидким электролитом, содержащим катионы щелочного металла, в результате чего образуется активный материал отрицательного электрода,
- подачу восстанавливающего потенциала между отрицательным электродом, образованным электронным проводником и токосборником, и положительным электродом, заходящим в жидкий электролит, содержащий катионы щелочного металла,
- поддержание восстанавливающего потенциала между отрицательным электродом и положительным электродом в течение достаточного времени для введения требуемого количества щелочного металла в прекурсор отсека отрицательного электрода, между токосборником и мембраной твердого электролита.
14. Способ по п.13, в котором жидкий электролит является водным раствором LiOH или NaOH.
15. Способ по п.13, в котором значение потенциала между отрицательным электродом и положительным электродом поддерживают в диапазоне от -3.5 до -4.4 В.
16. Отсек отрицательного электрода, который может быть получен способом по п.13, который помимо технических признаков прекурсора отсека, указанных в любом из пп.1-11, дополнительно содержит слой активного щелочного металла (7), введенный между токосборником (3) и защитным покрытием (5), причем блок из упругой пены (4) сжат.
17. Перезаряжаемая воздушно-металлическая батарея, содержащая:
- отсек отрицательного электрода по п.16,
- жидкий электролит (8), образованный концентрированным водным раствором соли щелочного металла, присутствующим в отсеке отрицательного электрода, предпочтительно LiOH или NaOH,
- по меньшей мере, один положительный воздушный электрод (9), а также
- по меньшей мере, один положительный кислородо-освобождающий электрод (10).