CN103339791B - 空气金属二次电池组合及包括空气金属二次电池组合的空气金属二次电池模块 - Google Patents

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Abstract

本发明是关于空气金属二次电池组合及包括空气金属二次电池组合的空气金属二次电池模块的发明。空气金属二次电池模块由以下几个部分构成：对水溶液进行取水的取水部和将充电时候产生的气体排出的气体排出口分别形成的一个以上的金属空气二次电池组合；存储所述水溶液的水溶液存储部；将一个以上的取水部与水溶液存储部连接起来的水溶液供给部；与一个以上的气体排出口连接，将从所述气体排出口排出的气体向外部排出的气体排出部。根据本发明，通过一个以上的金属空气二次电池组合的放电及充电，可以预防阴极凝胶体硬化及气体产生所引起的电池箱的膨胀，将金属空气二次电池进行模块化，可以达到广泛应用到像汽车电池等需要大容量的电气能源的领域效果。

Description

空气金属二次电池组合及包括空气金属二次电池组合的空气金属二次电池模块
【技术领域】
本发明是关于空气金属二次电池组合及包括空气金属二次电池组合的空气金属二次电池模块的发明。更详细地说，本发明是关于能够实现放电及充电的空气金属二次电池组合及包括一个以上空气金属二次电池组合的空气金属二次电池模块的发明。
【背景技术】
电气化学电力源是电气能源根据电气化学反应能生成的装置。这个装置包括空气锌电池及空气铝电池等的空气金属电池。空气金属电池采用由在放电中变换成金属氧化物的金属构成的阴极，其作为通过阳极，包含水分子的透过性的膜，采用与空气中的氧气接触，产生氢氧化电离子的空气阳极膜。
这种空气金属电池与传统的氢燃料电池相比，具有很多优点。尤其值得一提的是，由于锌等燃料作为金属或者其氧化物，大量存在的缘故，空气金属电池所提供的能源供给出现可视性枯竭，而本发明却并不存在这个缺点。还有，传统的氢燃料电池要求再充电，相反，空气金属电池可以使用电气的再充电，比一般的燃料电池(<0.8V)能够传输很高的充电电压(1～4.5Volts)。
我们将这种能够像这样进行放电及充电的空气金属电池称为空气金属二次电池，空气金属二次电池与放电时具有阳极功能的空气阳极膜向空气或者其他供给的氧气按照如下化学公式进行反应。
【化学公式1】
按照所述化学公式计算，产生的氢氧化电离子向空气金属二次电池的阴极凝胶体―锌凝胶体移动，在锌凝胶体的表面上形成氢氧化锌。以后，氢氧化锌分解成锌氧化物，放出水，形成碱水溶液。这样的反应可以得出下面的化学公式。
【化学公式2】
依据上面提到的反应，空气金属二次电池放电，在外部供给电气能源。以后，空气金属二次电池如果到达放电限度，即使中断向外部的电气能源供给，由于进行的是电气的充电，空气金属二次电池可以再使用。但是，如果空气金属二次电池的放电及充电过程反复的话，阴极凝胶体内的水分减少，阴极凝胶体,即，电解质和锌金属的混合物硬化，空气金属二次电池的再使用是不可能的。而且，空气金属二次电池充电时，如果在氧化锌(ZnO)中供给具有阴电荷的电子(2e-)，锌电离子(Zn2+)还原成锌，并且，氧气电离子(O2-)从锌电离子中分离。从锌电离子分离的氧气电离子通过空气金属二次电池的阴极集电体，并且还原成氧气(O2)。
像这样，在空气金属二次电池充电时，由于内部产生的氧气，收容阴极凝胶体,空气阳极膜,阴极集电体等的空气金属二次电池箱膨胀，空气金属二次电池箱可能出现破损的问题。
另一方面,最近，绿色环保能源备受瞩目，尽管对于连接一个以上的空气金属二次电池，将电池模块应用到需要大容量的电气能源的汽车蓄电池等的模块化的研究开发在不断的进行当中，但是，如果不解决上面提到的各个问题，空气金属二次电池模块的常用化是不可能实现的。
【发明的内容】
【技术的课题】
本发明为了解决所述问题，其目的是为使用者提供一种由以下结构构成的空气金属二次电池组合：在阴极凝胶体中补充水分的水溶液进行取水的取水部；能够排出充电时产生的气体排出口。
本发明的另一个目的在于，提供一种在一个以上的空气金属二次电池中供给水溶液，充电时一个以上空气金属二次电池中产生的气体向外部排出的空气金属二次电池模块。
【技术的解决方法】
为了实现所述目的，本发明提供一种空气金属二次电池模块，特征在于：包括：金属空气二次电池组合，其为一个以上，分别形成有用于对水溶液进行取水的取水部及排出充电时产生的气体的气体排出口；水溶液存储部，其存储所述水溶液；水溶液供给部，其与一个以上的所述取水部和所述水溶液存储部进行连接;气体排出部，其与一个以上的所述气体排出口连接，将从气体排出口排出的气体向外部排出。
所述一个以上的金属空气二次电池组合分别可以包括：电池箱，其形成有所述取水部及所述气体排出口；阴极凝胶体，其容置于所述电池箱内，为了补充在放电时排出的水分，从所述取水部接收所述水溶液；空气阳极膜，其容置于所述电池箱内；气体箱，其容置于所述电池箱内，置于所述阴极凝胶体及所述空气阳极膜之间；及阴极集电体，其置于所述电池箱的内壁及所述阴极凝胶体之间。
所述气体排出部包括：气体排出管道；分歧管道，其为一个以上，从所述气体排出管道分歧，与所述一个以上的气体排出口连接；及减压装置，其与所述气体排出管道的一端及另外一端中的最少一个者连接。
所述减压装置可以是换气扇(Fan)及真空泵中任何一个。
所述一个以上的空气金属二次电池组合的特征是以一定间隔排列。
所述金属空气二次电池模块，还包括：模块箱，其容置所述一个以上的金属空气二次电池组合、所述收容水溶液存储部、所述水溶液供给部及所述气体排出部，并且，使得所述气体排出部的一端及另外一端中的至少一者向外部露出，在一部分形成有能够开闭的开闭部。所述阴极凝胶体可以是锌凝胶体。
而且,本发明的另一个目的在于，提供一种具有如下特征的金属空气二次电池组合：包括：电池箱，其形成有用于对水溶液进行取水的取水部及排出充电时产生的气体的气体排出口；阴极凝胶体，其容置于所述电池箱内，为了补充在放电时排出的水分，从所述取水部接收所述水溶液；空气阳极膜，其容置于所述电池箱内；气体箱，其容置于所述电池箱内，置于所述阴极凝胶体及所述空气阳极膜之间。
所述电池箱包括：下部箱，其形成有所述取水部及所述气体排出口，容置所述阴极凝胶体、所述空气阳极膜及所述气体箱，与空气阳极膜衔接的面的一部分开放；及上部箱，其对所述下部箱进行密闭。
所述金属空气二次电池组合还包括：阴极集电体，其容置于电池箱内，置于上部箱及阴极凝胶体之间。
所述上部箱及所述空气阳极膜可以形成有用于连接端头或者电线的小孔。
【发明的效果】
根据本发明，通过一个以上的金属空气二次电池组合的放电及充电，可以预防阴极凝胶体硬化及气体产生所引起的电池箱的膨胀，将金属空气二次电池进行模块化，可以达到将其广泛应用到像汽车电池等需要大容量的电气能源的领域的效果。
【附图的简单说明】
图1到图4是本发明的实施例的空气金属二次电池模块的构成图。
图5是本发明的实施例的空气金属二次电池组合的分解斜视图。
图6是本发明的实施例的空气金属二次电池组合的下部箱的附图。
具体实施方案
下面将参照附图对本发明空气金属二次电池组合及包括空气金属二次电池组合的空气金属二次电池模块的实施例进行详细说明。为了确保从业人员能够充分实施本发明，下面对这些实施例进行详细说明。从业人员应该充分理解，尽管本发明的多种实施例彼此不同，也没有相互排他的必要。举例来说，这里记载的特定形状，构造及特性与一个实施例相关，在不脱离本发明的精神及范围的情况下，可以通过其他实施例，具体体现出来。另外，应该这样理解，对于分别开始的实施例内的个别构成要素的位置和配置，在不脱离本发明的精神及范围的情况下，可以进行变更。因此，后面要论述的详细的说明，并不是要采取限定的意义，如果其恰当地说明了本发明的范围，只按照与其权利要求项所主张的相同均等的所有范围一起添加的权利要求项，进行限定。附图中类似的参考符号连接在多个侧面，指代称呼同一功能或者类似的功能。
以下，为了确保在本发明所属的技术领域中，具有通常知识的从业者能够很容易地实施本发明，将参照附图对本发明的实例进行详细说明。依据附图说明的本发明的构造和作用仅仅作为一个实施例进行说明，而本发明的所述技术思想和核心构成及作用并不局限于此。
图1到图4是本发明实施例的空气金属二次电池模块的构成图。
根据本发明的实施例，空气金属二次电池模块(100)包括：一个以上的空气金属二次电池组合(110),水溶液存储部(120),水溶液供给部(130),气体排出部(140)。
一个以上的空气金属二次电池组合(110)包括：对水溶液进行取水的取水部；及对充电时候产生的气体进行排出的气体排出口。关于这个内容的详细说明将在对图5的说明中进行。
本发明中，一个以上的空气金属二次电池组合(110)可以按照一定间隔排列。
水溶液存储部(120)将一个以上的空气金属二次电池供给的水溶液进行存储。这里，值得注意的是，尽管水溶液被大家希望成是水，但是实际上并不一定限定在必须是水不可。
水溶液供给部(130)将在一个以上的空气金属二次电池组合(110)中分别形成的取水部和水溶液存储部(120)连接起来。这里,值得一提的是，水溶液供给部(130)如图2所示，在水溶液存储部(120)，与水溶液供给管道(132)连接，在水溶液供给管道(132)中，分成一个以上的管道，与一个以上的取水部分别连接。
气体排出部(140)与一个以上的气体排出口连接，将从气体排出口排出的气体向外部排出。这里,气体不仅仅只包括氧气，还可以包括除了氧气以外的其他不纯物。
另一方面,气体排出部(140)的特征是，气体排出管道(142)分成一个以上的管道，与一个以上的气体排出口分别连接，在气体排出管道(142)的一端及另外一端中至少一个位置上，可以连接减压装置。这里，值得一提的是，连接减压装置的理由是，为了对一个以上的空气金属二次电池组合(110)内部及分气的一个以上的管道内部气压进行减压。
在本发明中，对一个以上的空气金属二次电池组合(110)内部及分气的一个以上的管道内部气压进行减压的理由是，根据伯努力原理，为了确保气体能够迅速地从一个以上的气体排出口冲出。
本发明中，减压装置可以是在气体排出管道(142)的一端及另外一端中至少一个上设置的换气扇(Fan)及与气体排出管道(142)的一端及另外一端中至少一个相互连接的真空泵(未图示)中任意一个。
本发明中，所述空气金属二次电池模块（100）如图3及图4所示，还可以包括如下结构：一个以上的空气金属二次电池组合（110）,收容水溶液存储部(120),收容所述水溶液供给部(130)及所述气体排出部(140)，为了确保气体排出部(140)的一端及另外一端中至少一个向外部露出，如图4所示，形成一部分能够开闭的开闭部(152)的模块箱(150)。
图5是本发明的实施例的空气金属二次电池组合的分解斜视图。
依据本发明的实施例，空气金属二次电池组合(500)由如下结构构成：包括下部箱(510)及上部箱(520)的电池箱，阴极凝胶体(未图示)，空气阳极膜(530)，气体箱(540)及阴极集电体(未图示)。
电池箱形成能够对水溶液进行取水的取水部(512)及对充电时候产生的气体进行排出的气体排出口(514)。
再次重申，在下部箱(510)的一侧空间上形成取水部(512)，在下部箱(510)的一端，形成气体排出口(514)，上部箱(520)将下部箱(510)密闭起来。这里,在上部箱(520)上可以形成多个将端头或者电线连接到阴极集电体(未图示)上的小孔。
而且,电池箱,即，下部箱(510)及上部箱(520)的边框下面，通过在上面形成能够塞进具有一定长度的固定小孔，如图1所示，一个以上的空气金属二次电池组合(110)可以按照一定间隔排列。
在本发明中，在下部箱(510)另一侧空间，收容阴极凝胶体(未图示),空气阳极膜(530)及气体箱(540)，在与空气阳极膜(530)衔接面的一部分上，可以形成一个以上的开口(516)。这里,在下部箱(510)形成一个以上开口(516)的理由是为了确保空气能够向空气阳极膜(530)流通。
阴极凝胶体(未图示)作为凝胶体状态的金属粉末和电解质的混合体，具有阴极的功能。这里,阴极凝胶体(未图示)可以是包括锌凝胶体在内的阴极活物质中的任意一个。
在本发明中，阴极凝胶体(未图示)收容在电池箱内，为了补充放电时排出的水分，从取水部(512)接收水溶液。
空气阳极膜(530)可以包括疏水性多孔膜，碳素集电体膜及亲水性分离膜，收容在电池箱内。这里，在空气阳极膜(530)上可以形成一个以上用于连接端头或者电线的小孔。
气体箱(540)在电池箱内收容，介入阴极凝胶体(未图示)及空气阳极膜(530)之间，将空气阳极膜(530)密实地固定在下部箱(510)上，能够防止阴极凝胶体(未图示)的漏液。
阴极集电体(未图示)收容在电池箱内，介入在上部箱(520)及阴极凝胶体(未图示)之间，从阴极凝胶体(未图示)接收电子，向外部传输。这里，阴极集电体(未图示)可以是导电性网，导电性膜及柳丁等的导电性构造体中的任意一个。
如上所述，依据本发明的实施例，空气金属二次电池模块(100)及空气金属二次电池组合(500)的特点是，根据放电的不同，如果在阴极凝胶体中水分减少的话，进行供给水溶液，显著减少阴极凝胶体的硬化速度，通过电池箱里形成的气体排出口(514)及空气金属二次电池模块(100)的气体排出部(140)，利用充电时电池箱内部产生的气体，可以防止电池箱膨胀及破损。
通过所述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。
因此，本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利范围来确定其技术性范围。

Claims (11)

1.一种空气金属二次电池模块，其特征在于：
包括：
金属空气二次电池组合，其为一个以上，分别形成有用于对水溶液进行取水的取水部及排出充电时产生的气体的气体排出口；
水溶液存储部，其存储所述水溶液；
水溶液供给部，其与一个以上的所述取水部和所述水溶液存储部进行连接；
气体排出部，其与一个以上的所述气体排出口连接，将从气体排出口排出的气体向外部排出。
2.根据权利要求项1所述的空气金属二次电池模块，其特征在于：
所述一个以上的金属空气二次电池组合分别可以包括：
电池箱，其形成有所述取水部及所述气体排出口；
阴极凝胶体，其容置于所述电池箱内，为了补充在放电时排出的水分，从所述取水部接收所述水溶液；
空气阳极膜，其容置于所述电池箱内；
气体箱，其容置于所述电池箱内，置于所述阴极凝胶体及所述空气阳极膜之间；及
阴极集电体，其置于所述电池箱的内壁及所述阴极凝胶体之间。
3.根据权利要求项1所述的空气金属二次电池模块，其特征在于：
所述气体排出部包括：
气体排出管道；
分歧管道，其为一个以上，从所述气体排出管道分歧，与所述一个以上的气体排出口连接；及
减压装置，其与所述气体排出管道的一端及另外一端中的最少一个者连接。
4.根据权利要求项3所述的空气金属二次电池模块，其特征在于：
所述减压装置可以是换气扇(Fan)及真空泵中任何一个。
5.根据权利要求项1所述的空气金属二次电池模块，其特征在于：
所述一个以上的空气金属二次电池组合是以一定间隔排列。
6.根据权利要求项1所述的空气金属二次电池模块，其特征在于：
还包括：
模块箱，其容置所述一个以上的金属空气二次电池组合、所述收容水溶液存储部、所述水溶液供给部及所述气体排出部，并且，使得所述气体排出部的一端及另外一端中的至少一者向外部露出，在一部分形成有能够开闭的开闭部。
7.根据权利要求项2所述的空气金属二次电池模块，其特征在于：
所述阴极凝胶体是锌凝胶体。
8.一种金属空气二次电池组合，其特征在于：
包括：
电池箱，其形成有用于对水溶液进行取水的取水部及排出充电时产生的气体的气体排出口；
阴极凝胶体，其容置于所述电池箱内，为了补充在放电时排出的水分，从所述取水部接收所述水溶液；
空气阳极膜，其容置于所述电池箱内；
气体箱，其容置于所述电池箱内，置于所述阴极凝胶体及所述空气阳极膜之间。
9.根据权利要求项8所述的金属空气二次电池组合，其特征在于：
所述电池箱包括：
下部箱，其形成有所述取水部及所述气体排出口，容置所述阴极凝胶体、所述空气阳极膜及所述气体箱，与空气阳极膜衔接的面的一部分开放；及
上部箱，其对所述下部箱进行密闭。
10.根据权利要求项9所述的金属空气二次电池组合，其特征在于：
还包括：
阴极集电体，其容置于所述电池箱内，置于所述上部箱及所述阴极凝胶体之间。
11.根据权利要求项9所述的金属空气二次电池组合，其特征在于：
所述上部箱及所述空气阳极膜形成有用于连接端头或者电线的小孔。
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