CN103325291A - 金属空气电池的演示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了金属空气电池的演示装置，属于电池技术领域。它解决了现有的电池实验现象不直观、印象不深刻以及不利于教育的问题。本金属空气电池的演示装置，包括采用绝缘材料制成的上侧具有凹腔的本体、设置于凹腔内的电解液、竖直设置于该凹腔内且将其分隔成凹腔一和凹腔二的采用绝缘材料制成的隔板、分设于凹腔一和凹腔二内的金属电极和空气电极以及能在通电后工作的负载，所述的隔板上开设有若干个能连通上述凹腔一和凹腔二的通孔，所述的金属电极与负载之间以及空气电极与负载之间分别通过联接导线对应连接。本金属空气电池的演示装置具有结构简单、操作方便以及可观察性强的优点。

Description

金属空气电池的演示装置

技术领域

本发明属于电池技术领域，涉及一种金属空气电池，尤其涉及一种金属空气电池的演示装置。

背景技术

随着科技的不断发展，人们的生活水平逐渐提高，但因科技所带来的环境污染反而使得人们生活的环境变差，要改善人们的生活环境并不是一个短期的工程，所以，给人们，尤其是下一代树立一个使用绿色能源的观念是十分重要的。

金属空气电池就是一种较好的绿色能源，其具有很多传统电池没有的优势，其金属电极(如铝、镁、锌等)的可选类型很丰富，金属空气电池能量可无尽供应。而太阳能、水电能或风能等其他形式新能源可将金属空气电池反应后的金属氧化物还原转变成金属燃料形式，无污染，零排放，实现了绿色能源的循环利用。

目前，在学生的学习过程中，会通过一些物理实验来了解电池的工作原理和工作过程，但是，物理试验中所使用的均为散乱的零件，虽能帮助学生初步了解电池的工作原理，但是在学习过程中观察到的现象不够直观，印象也不够深刻，不利于教育，更不利于给其树立绿色能源的观念。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出了一种操作方便、符合环保需求且反应现象较为直观的金属空气电池的演示装置。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：

一种金属空气电池的演示装置，其特征在于，所述的演示装置包括采用绝缘材料制成的上侧具有凹腔的本体、设置于凹腔内的电解液、竖直设置于该凹腔内且将其分隔成凹腔一和凹腔二的采用绝缘材料制成的隔板、分设于凹腔一和凹腔二内的金属电极和空气电极以及能在通电后工作的负载，所述的隔板上开设有若干个能连通上述凹腔一和凹腔二的通孔，所述的金属电极与负载之间以及空气电极与负载之间分别通过联接导线对应连接。

本金属空气电池的演示装置在使用时，可由操作人员如学生，将电解液倒入到凹腔一或者凹腔二内，则电解液通过隔板上的通孔在两个凹腔内流动以达到两个凹腔内部平衡。之后，将金属电极和空气电极分别与负载通过联接导线对应连接，再将金属电极和空气电极分别放入到凹腔一和凹腔二内，则因隔板的存在，使得金属电极和空气电极之间不会直接接触而造成短路。隔板上的通孔可供电子来回运动，所以，在金属电极、空气电极和电解液共存的情况发生电化学反应并为负载供电，促使其工作。整个演示装置的操作较为简单，便于学生将更多注意力集中于该演示装置发生反应所产生的现象中，让其对金属空气电池的工作原理和工作过程能留下深刻的印象，进而能通过解说来树立绿色环保的观念。

在上述的金属空气电池的演示装置中，所述的凹腔的数量为1～8个。凹腔数量为多个，则隔板、金属电极以及空气电极的数量均与凹腔相对应，单个凹腔形成一个单体电池，多个凹腔并列后，将其金属电极和空气电极通过联接导线对应连接可使多个单体电池根据需要进行并联和串联，再通过负载工作情况的变化来讲解串并联的物理现象与原理，便于理解。

在上述的金属空气电池的演示装置中，所述的本体呈方形且其采用透明的绝缘材料制成。透明的本体便于学生的观察。

在上述的金属空气电池的演示装置中，所述的本体上还具有能固定上述负载的安装部。将负载固定于本体上，可利于本演示装置的搬运、管理以及学生的观察和操作。

在上述的金属空气电池的演示装置中，所述的安装部为能供上述负载插入的凹槽。

在上述的金属空气电池的演示装置中，所述的负载为设置有LED灯的电路板，所述的电路板一端的形状与上述凹槽相匹配。凹槽可为方形，则电路板的一端可直接插入到凹槽内以与其配合固定。通过观察LED灯的亮暗程度来理解电流电压的大小。

作为另一种情况，在上述的金属空气电池的演示装置中，所述的负载为风机，该风机的一端固连有形状与上述凹槽相匹配的固定板。通过观察风机的转速来理解电流电压的大小。

在上述的金属空气电池的演示装置中，所述的联接导线包括金属导线以及分别固连于金属导线两端的能导电的夹子。夹子的设置方便连接。

在上述的金属空气电池的演示装置中，所述的隔板采用透明的绝缘材料制成且其与本体连为一体。透明的绝缘材料可以是钢化玻璃或者PC材料等。

作为另一种情况，在上述的金属空气电池的演示装置中，所述的本体上凹腔的内侧壁以及底部分别设置有卡槽，所述的隔板沿卡槽插入到本体内。隔板也可通过卡接的方式固定于本体内，用于隔开金属电极和空气电极。

与现有技术相比，本金属空气电池的演示装置结构简单且操作方便，透过透明的本体和隔板即可看到本体内的金属电极以及空气电极处反应时发生的现象，可观察性强，能给学生留下较为深刻的印象，利于树立绿色环保的观念。

附图说明

图1是本金属空气电池的演示装置的结构示意图。

图2是本金属空气电池的演示装置的爆炸图。

图中，1、本体；11、凹槽；2、电解液；3、隔板；4、金属电极；5、空气电极；6、负载；7、联接导线；71、金属导线；72、夹子。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1和图2所示，本金属空气电池的演示装置包括大致呈方形且上侧具有数个凹腔的本体1、设置于凹腔内的电解液2、竖直设置于各个凹腔内且将其分隔成凹腔一和凹腔二的隔板3、分设于凹腔一和凹腔二内的金属电极4和空气电极5以及能在通电后根据不同电流或者电压而体现出不同工作状态的负载6。隔板3上开设有若干个能连通凹腔一和凹腔二的通孔，金属电极4与负载6之间以及空气电极5与负载6之间分别通过联接导线7对应连接。

在本实施例中，本体1和隔板3均采用透明的绝缘材料制成且两者连为一体；隔板3上的通孔呈四边形均匀分布于隔板3上；负载6为设置有数个LED灯的电路板；联接导线7包括金属导线71以及分别固连于金属导线71两端的能导电的夹子72。

本体1还具有能固定负载6的安装部,在本实施例中，该安装部为开设于本体1上侧的可供电路板插入的方形凹槽11且该方形凹槽11与电路板一端的形状相匹配。

本金属空气电池的演示装置在使用时，可由操作人员如学生，将电解液2倒入到各个凹腔的凹腔一或者凹腔二内，则电解液2通过各个凹腔中的隔板3上的通孔在凹腔一和凹腔二内流动以达到两者内部平衡。之后，根据需要将金属电极4和空气电极5分别与带有LED灯的电路板通过联接导线7对应连接，再将金属电极4和空气电极5分别放入到凹腔一和凹腔二内。因隔板3的存在，使得金属电极4和空气电极5之间不会直接接触而造成短路。隔板3上的通孔可供电子来回运动，所以，在金属电极4、空气电极5和电解液2共存的情况发生电化学反应并为电路板供电，促使其点亮LED灯。

在该实验中，每个凹腔，包括该凹腔中的电解液2以及金属电极4和空气电极5组成一个单体电池，操作人员可根据使用需要通过联接导线7将各个凹腔所表示的单体电池串联或者并联，又或者仅选用其中的一个或者多个进行供电实验，而电解液2也可根据需要选用中性或者碱性的电解质。由于在中性电解质和碱性电解质中金属电极4和空气电极5的电动势不同，会造成电池组两端的电压也不同。

最终，操作人员可根据LED灯的亮度情况来了解电池的供电电压的大小情况，其具体数值也可通过万用表来进行精确测量。通过这样的对比可演示金属在不同电解液2中的化学反应式不同，同时介绍电动势的概念和电池串并联的概念。而学生也可通过透明电池盒来观察气泡的析出以了解负极析氢反应过程和原理及混合电位的概念。

另外，本金属空气电池的演示装置在使用时，空气电极5并不被电解液2完全浸没，即空气电极5的上部暴露在空气中。

空气电极5为具有气体扩散层和催化反应层的气体反应电极，且气体扩散层和催化反应层中含有憎水性材料，使得电解液2只能够部分浸没催化反应层，并在催化反应层中的催化剂颗粒周围形成大量薄液层，而不能够渗透并浸没气体扩散层。空气中的氧气则可以通过气体扩散层到达催化反应层、催化剂颗粒和薄液层形成气、固、液三相界面，使得空气中的氧气通过薄液层以最短的路径扩散到催化剂表面参加反应。

又因为空气电极5以多孔活性炭和憎水粘接剂为原料制备，其内部有大量毛细孔，则暴露于空气中的空气电极5部分，由于毛细管力的作用，使得电解液2在反应过程中会向上爬升，在催化反应层水平方向两面形成更多的气固液三相界面薄液层。

最终，学生们将会看到的现象是：在初期，电解液2液面上方的空气电极5干燥；然后，液面上方的空气电极5逐渐湿润；再之后，空气电极5上方将出现细小液滴。在此过程中，如通过万用表进行测量，则会发现随着空气电极5表面的变化，电流也在增加。这表明，在毛细管力的作用下，液体进入空气电极5内部水平面上方，形成了更多的气固液三相界面薄液面，扩大了空气与液体的接触面，使得扩散进入催化层的氧气增多，反应速度增加，电流增大；最后，由于液体重力与毛细管力相当时，液体不再爬升，电流恒定。通过以上现象，则可对学生解说金属空气电池中的空气电极5在使用过程的反应情况。

除以上技术方案以外，本体1上的凹腔的数量也可仅为一个或者更多；固定在本体1上的负载6可为风机，该风机的一端固连有形状与方形凹槽11相匹配的固定板，则在其工作过程中，可通过观察风机的转速来理解电流电压的大小；本体1上凹腔的内侧壁以及底部还可分别设置有卡槽，则不与本体1连为一体的隔板3还可沿卡槽插入到本体1内。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种金属空气电池的演示装置，其特征在于，所述的演示装置包括采用绝缘材料制成的上侧具有凹腔的本体（1）、设置于凹腔内的电解液（2）、竖直设置于该凹腔内且将其分隔成凹腔一和凹腔二的采用绝缘材料制成的隔板（3）、分设于凹腔一和凹腔二内的金属电极（4）和空气电极（5）以及能在通电后工作的负载（6），所述的隔板（3）上开设有若干个能连通上述凹腔一和凹腔二的通孔，所述的金属电极（4）与负载（6）之间以及空气电极（5）与负载（6）之间分别通过联接导线（7）对应连接。

2.根据权利要求1所述的金属空气电池的演示装置，其特征在于，所述的凹腔的数量为1～8个，所述的隔板（3）、金属电极（4）以及空气电极（5）的数量均与凹腔相同且分别对应设置。

3.根据权利要求1所述的金属空气电池的演示装置，其特征在于，所述的本体（1）呈方形且其采用透明的绝缘材料制成。

4.根据权利要求1或2或3所述的金属空气电池的演示装置，其特征在于，所述的本体（1）上还具有能固定上述负载（6）的安装部。

5.根据权利要求4所述的金属空气电池的演示装置，其特征在于，所述的安装部为能供上述负载（6）插入的凹槽（11）。

6.根据权利要求5所述的金属空气电池的演示装置，其特征在于，所述的负载（6）为设置有LED灯的电路板，所述的电路板一端的形状与上述凹槽（11）相匹配。

7.根据权利要求5所述的金属空气电池的演示装置，其特征在于，所述的负载（6）为风机，该风机的一端固连有形状与上述凹槽（11）相匹配的固定板。

8.根据权利要求1所述的金属空气电池的演示装置，其特征在于，所述的联接导线（7）包括金属导线（71）以及分别固连于金属导线（71）两端的能导电的夹子（72）。

9.根据权利要求1或2或3所述的金属空气电池的演示装置，其特征在于，所述的隔板（3）采用透明的绝缘材料制成且其与本体（1）连为一体。

10.根据权利要求1或2或3所述的金属空气电池的演示装置，其特征在于，所述的本体（1）上凹腔的内侧壁以及底部分别设置有卡槽，所述的隔板（3）沿卡槽插入到本体（1）内。

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