石墨烯热电池的制作方法

1.本发明涉及一种热电池，特别涉及一种利用负电极片由一锂化石墨烯电极构成的石墨烯热电池。


背景技术：

2.热电池(thermal battery)主要为军事用途，如飞弹的引信点火，也应用在车辆电池失效时的紧急启动引擎的一次用电源，特别在天寒地冻时；此是因热电池以固体作为电解质的固体电池，可长久存放，具有不会因放置一段时间放电而失去蓄电量的优点。热电池的热源片被瞬间点燃后，产生一定温度，电解质转为液态，使电池产生动力。
3.热电池的负电级，现有技术中常用的负电极材料有lial、lisi合金等，这些负电极各有其特点，不过仍有寻求使热电池输出功率更高，使电极机械强度更强，导热性更好，导电性更佳的需求。
4.缘此，本发明人有鉴于此，即着手研发构思其解决方案，希望能开发出一种新的负极材料以导入热电池，能达到以上的需求。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种石墨烯热电池，可达到热电池输出功率更高，使电极机械强度更强，导热性更好，导电性更佳的需求。
6.本发明为了达成上述目的，其所采用的技术手段如下：
7.一种石墨烯热电池，包括有：
8.一壳体；
9.一盖体，其是覆盖该壳体，并与该壳体形成有一内部空间；一对端子，是连通该内部空间并穿出该盖体，作为该石墨烯热电池被活化时需要输入电力的端子，与作为该石墨烯热电池被活化后需要输出电力的端子；一激发组件，该激发组件是设置于该内部空间，且与该对端子电性连接；一引燃组件，该引燃组件是设置于该内部空间内，且邻近该激发组件，其是作为当该石墨烯热电池被活化需要热量时，由该激发组件点燃用；以及一电池堆，其是设置于该内部空间内，与该对端子电性连接，并且邻近该引燃组件，该电池堆包含多个单体电池，该每一单体电池包括一负电极片、一电解质片与一正电极片，该每一负电极片是由一锂化石墨烯电极构成，该每一锂化石墨烯电极是由一具有多个孔隙的多孔隙石墨烯基材进行锂化程序形成，该多孔隙石墨烯基材是包括有多层石墨烯；其中，该每一锂化石墨烯电极其具有多个孔隙且在其石墨烯的层与层间有间隙，使该电解质片引燃加热液化后的电解质并充塞于该等孔隙中，多个锂离子藉由充塞于该多个孔隙中的该电解质，嵌入该石墨烯层与层间的间隙，故能提高以该每一锂化石墨烯电极作为负电极片的石墨烯热电池输出功率。
10.前述构成，其中该多孔隙石墨烯基材是由一具有多个孔隙的多孔隙基材，与该多孔隙基材的该等孔隙的外围覆有一高纯度多孔石墨烯层构成。
11.前述构成，其中该多孔隙基材是选自以下其中之一：多孔隙碳材基材、多孔隙石墨、多孔隙金属基材，但本发明并不限于此。
12.前述构成，其中该每一单体电池更包括一热片，该每一热片是提供每一单体电池的热量。
13.前述构成，其中该一对端子是兼为点燃该引燃组件的该激发组件，而取代或作为该激发组件的设置。
14.前述构成，其中该电池堆的周围设置一保温层，该保温层是用以减少该石墨烯热电池的热量流失，以延长该石墨烯热电池的工作时间。
15.前述构成，其中该保温层是选自以下其中之一：天然云母、人造云母、硅酸铝纤维、石棉纸与隔热材料，但本发明并不限于此。
附图说明
16.图1为本发明石墨烯热电池的结构示意图；
17.图2为本发明的单体电池的结构示意图；
18.图3a为本发明的多孔隙基材的示意图；
19.图3b为本发明的多孔隙基材的局部放大图；
20.图3c为本发明的多孔隙石墨烯基材的局部放大图；
21.图4为本发明的单体电池的另一实施例结构示意图。
22.主要组件符号说明:
23.孔隙
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205
24.石墨烯热电池
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200
25.壳体
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210
26.盖体
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220
27.端子
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230
28.激发组件
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240
29.电池堆
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250
30.单体电池
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260
31.负电极片
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261
32.电解质片
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262
33.正电极片
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263
34.热片
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264
35.多孔隙石墨烯基材
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266
36.多孔隙基材
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267
37.高纯度多孔石墨烯层
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268
38.保温层
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270
39.内部空间
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280
40.引燃组件
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290
具体实施方式
41.为使本领域技术人员对本发明的技术、方法特征及所达成的功效更有进一步的了解与认识，谨佐以较佳的实施例图及配合详细的说明，说明如下。
42.请参阅图1-4，为本发明石墨烯热电池的较佳实施例，该些图式均为用以便利说明的示意图，其仅以示意方式说明本发明的基本结构，且所显示的构成绘制并未限定相同于实际实施时的形状及尺寸比例，其实际实施时的形状及尺寸比例乃为一种选择性的设计。
43.如图1所示，本发明是提供一种石墨烯热电池200结构，其包括：
44.一壳体210，其是作为该石墨烯热电池200的外壳结构；
45.一盖体220，其是覆盖该壳体210，并与该壳体形成有一内部空间280；
46.一对端子230，其是连通该内部空间并穿出该盖体220，作为该石墨烯热电池200被活化时需要输入电力的端子230，与作为该石墨烯热电池200被活化后需要输出电力的端子230；
47.一激发组件240，该激发组件240是设置于该内部空间280，且与该对端子230电性连接；
48.一引燃组件290，该引燃组件290是设置于该内部空间280内，且邻近该激发组件240，其是作为当该石墨烯热电池200被活化需要热量时，由该激发组件240点燃用；以及
49.一电池堆250，其是设置于该内部空间280内，与该对端子230电性连接，并且邻近该引燃组件290，该电池堆250包含多个单体电池260。
50.如图2所示，该每一单体电池260包括一负电极片261、一电解质片262与一正电极片263，该每一负电极片261是由一锂化石墨烯电极构成，该每一锂化石墨烯电极是由一具有多个孔隙的多孔隙石墨烯基材266进行锂化程序而形成，该多孔隙石墨烯基材266包括有多层石墨烯。
51.其中，该每一锂化石墨烯电极其具有多个孔隙且在其石墨烯层与层间有间隙，使该电解质片262引燃加热液化后的电解质充塞于该等孔隙中，多个锂离子藉由充塞于该多个孔隙中的电解质，嵌入其石墨烯层与层间的间隙，故能提高以该每一锂化石墨烯电极作为负电极片的石墨烯热电池200输出功率。
52.此外，本案以锂化石墨烯电极，作为石墨烯热电池200的单体电池260的负电极片261，代替现有技术中以li/si作为热电池的负电极，如此本案的负电极片261，除了提高石墨烯热电池200输出功率外，也具有使负电极片261机械强度更强，导热性更好，导电性更佳的优点。
53.其中，前述每一锂化石墨烯电极是由一具有多个孔隙的多孔隙石墨烯基材266进行锂化程序形成，且在该多孔隙石墨烯基材266其石墨烯的层与层间有间隙，该电解质并充塞于该等孔隙中，其锂化是指多个锂离子藉由充塞于该等孔隙中的电解质，嵌入其石墨烯层与层间的间隙，方便当其为负电极时，放电时锂离子脱插，充电时锂离子插入的反应，本发明其锂化的方式并不限定，现有的锂化方式都可适用。
54.如图3b、3c所示，其中，该多孔隙石墨烯基材266是由一具有多个孔隙205的多孔隙基材267，与该多孔隙基材267的该等孔隙205的外围覆有一高纯度多孔石墨烯层268构成。如图3a所示，其为该多孔隙基材267的示意图；如图3b，其为该多孔隙基材267的局部放大图，显示该多孔隙基材267内有无数个孔隙205；如第3-2图，其为该多孔隙石墨烯基材266的
局部放大图，显示该多孔隙石墨烯基材266的多个孔隙205的外围覆有一高纯度多孔石墨烯层268。
55.在一多孔隙基材267的多个孔隙205的外围形成一高纯度多孔石墨烯层268的方法，于本发明中并不限定，包含机械剥离法(mechanical exfoliation)、磊晶成长法(epitaxial growth)、化学气相沉积法(chemical vapor deposition,cvd)、化学剥离法(chemical exfoliation)、电化学剥离法(electrochemical exfoliation)及雷射照射聚酰亚胺(polyimide，简称pi)形成多孔石墨烯(laser induced grapheme)等方法都可。
56.其中，该多孔隙基材267可选自以下其中之一：多孔隙碳材基材、多孔隙石墨、多孔隙金属基材，但本发明并不限于此，只要是具有多个孔隙的基材，能将多孔隙特征维持到后续形成单体电池260的负电极片261即可，如此可提高石墨烯热电池200的输出功率。
57.其中，该一对端子230可兼为点燃该引燃组件290的激发组件240，而取代或作为该激发组件240的设置。
58.如图4所示，其中该每一单体电池260更包括一热片264，该每一热片264是提供每一单体电池260的热量。
59.其中，该电池堆250的周围设置一保温层270，该保温层270是用以减少该石墨烯热电池200的热量流失，以延长该石墨烯热电池200的工作时间。
60.其中，该保温层270可选自以下其中之一：天然云母、人造云母、硅酸铝纤维、石棉纸与隔热材料，但本发明并不限于此，只要具有保温隔热效果的材料皆可。
61.本发明石墨烯热电池结构藉由前述构成设计，以锂化石墨烯电极，作为石墨烯热电池200的单体电池260的负电极片261，能提高石墨烯热电池200输出功率外，也具有机械强度更强，导热性更强，导电性更好的优点，使本发明的应用达到极佳经济效益性。
62.上述说明的内容，仅为本发明的较佳实施例而已，举凡依本发明的技术手段所延伸的变化，理应落入本发明的保护范围之内。