CN104377341B - 温控循环补液锌氧电池系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种温控循环补液锌氧电池系统，包括锌氧电池组、氧气罐以及密闭电池工作仓，锌氧电池组位于密闭电池工作仓内部，锌氧电池组由多个单节锌氧电池组成，所述单节锌氧电池底部开设有氧气通道，顶部设有电解液补液口；氧气罐位于密闭电池工作仓外部并通过设有阀门的管道连接到密闭电池工作仓上，密闭电池工作仓还设有循环补液装置和冷凝管以及与之相连的温控装置。本发明结构简单、设计合理。本发明采耐高温的电池结构、纯氧高温的工作环境、电解液冷却循环补液系统的设计，使得电池输出功率提高5‑10倍，保证电池的输出功率能达到动力电池的需求，达到动力电池的使用标准，使得锌氧电池应用范围更广。

Description

温控循环补液锌氧电池系统

技术领域

本发明属于电池控制系统领域，具体涉及一种温控循环补液锌氧电池系。

背景技术

锌空气电池因其具有容量大、比能量高、工作电压平稳、环保、材料易得廉价等特点而受到人们的广泛关注，但其输出功率达不到动力电池的一般标准，且电解液在半开放空间里易蒸发流失，电池泄漏易腐蚀外部其他物体。现有锌氧电池处于纯氧环境下，工作后温升很大，且所用材料都是非耐高温材料，电池的材料会因高温而变形、失效，导致电池无法正常工作，因此必须设置电池冷却系统，但是电池会因温升和风冷、水冷循环等因素使电解液不断流失，工作后期电池因不能在“富液”状态下工作而失效。

传统锌氧电池是由金属锌、集流体、隔膜纸、气体扩散电极（碳电极）、塑料电池壳，不锈钢氧气仓，绝缘塑料带和电解液组成，气体扩散电极和金属锌分别构成电池的正极和负极，另有配套的为锌氧电池提供氧气环境的不锈钢罐。电池的安装方式：将电池各零件组装好，放入装有高压氧气的不锈钢罐中，密封后即可工作放电。《具有冷却功能的锌氧电池组》（专利号ZL2013101311304）介绍的利用冷却液循环达到冷却目的的装置，该装置的缺陷需要周期性的冷却电池，使得不能耐高温的电池材料能维持正常工作状态，电池在发热过程中会蒸发带走部分电解液，电池工作后期电池因电解液被蒸干而失效。现有锌空气电池技术，利用的是空气中的氧气参与反应，电池的工作环境是一个半开放的体系，电解液如果泄漏会腐蚀其他物体，电池在向周围空气中散发热量的同时也带走了电解液中的水分，这就必然导致电池内部电解液流失，电池工作后期也会因电池处在“干态”而无法工作，现有的锌空电池技术由于工作温度、氧气浓度等因素的限制导致电池的输出功率达不到市场现有动力电池的功率标准，无法作为动力电池独立给动力设备供电。

发明内容

本发明针对锌空动力电池功率不足，电池因工作环境是半开放系统，电池内的电解液易蒸发流失，电解液泄漏腐蚀其他物体的问题，将电池的正极反应物，即空气中的氧气用氧气罐里的纯氧代替，在密闭的工作仓内设计液体冷凝循环补液系统，再利用锌氧电池在偏高温度的工作环境下放电功率会有明显提升的实验结论，提出一种温控循环补液锌氧电池系统。

本发明所采用的技术方案如下：

一种温控循环补液锌氧电池系统，包括锌氧电池组、氧气罐以及密闭电池工作仓，其特征在于：所述锌氧电池组位于密闭电池工作仓内部，所述锌氧电池组由多个单节锌氧电池组成，所述单节锌氧电池底部开设有氧气通道，顶部设有电解液补液口；所述氧气罐位于密闭电池工作仓外部并通过设有阀门的管道连接到密闭电池工作仓上，所述的密闭电池工作仓还设有循环补液装置，所述循环补液装置对称分布在锌氧电池组两侧，包括依次管道连接的循环补液管道、液体抽吸泵、补液储蓄池以及多个补液支管，所述多个补液支管分别接入单节锌氧电池的电解液补液口，其上设有液体流量控制阀；还设有冷凝管以及与之相连的温控装置，所述冷凝管对称分布在锌氧电池组两侧，位于循环补液装置连接管道之间形成冷凝空间，所述冷凝空间的底部设有冷凝液收集室，所述循环补液管道连接至冷凝液收集室；所述锌氧电池组电解液挥发水蒸气在冷凝空间冷凝后沿着冷凝管落入冷凝液收集室，所述液体抽吸泵通过所述循环补液管道从冷凝液收集室抽吸液体到补液储蓄池，打开液体流量控制阀时，液体进入单节锌氧电池的密封电池槽中。

所述的锌氧单电池包括不锈钢壳，所述的不锈钢壳内部设有陶瓷下框，底部设有碳电极，所述碳电极和不锈钢壳组成电池的正极，所述碳电极两端密封胶粘在陶瓷下框上，其上方设陶瓷纤维膈膜纸，使得所述碳电极与所述的不锈钢壳底部之间形成一个密封的密封仓，所述密封仓上开设有氧气和循环补液通道；所述陶瓷纤维膈膜纸内部包括有锌饼，所述锌饼上设有锌集流体极耳，所述锌饼和锌集流体极耳组成电池的负极，还包括陶瓷上盖，所述陶瓷上盖和盖合在陶瓷下框内形成电池槽，所述电池槽内填充有电解液，所述陶瓷上盖还设有开口和补液口，所述锌集流体极耳从开口中穿出，当单节锌电池组成锌电池组时，所述下一节锌氧电池的锌集流体与上一节电池的不锈钢壳配合在一起，所有单节锌电池上下叠放并通过固定装置固定，组成锌氧电池组，所述固定装置为夹板或螺钉。

所述补液储蓄池中填充有电解液。

所述阀门控制通入电池工作仓内的氧浓度，进而一定程度是控制电池的反应速率，调节放电功率。

本发明的有益效果体现在：

本发明的电解液可以在内部达到一个循环，电池始终在富液状态下工作提高电池内部锌的利用率；电池所用材料均是耐高温的陶瓷材料，无需考虑电池因温升过高影响电池性能，且无需设置电池散热系统，降低电池的使用成本；电池是在一个密闭的工作仓内工作，不存在电解液泄漏腐蚀外部其他物体等问题，更加安全可靠，适用范围更广；电池的热量无法快速散失，保证电池始终在偏高温度状态下工作，符合实验室电池工作的最佳温度；耐高温的电池结构、纯氧高温的工作环境、电解液冷却循环补液系统的设计，使得电池输出功率提高5-10倍，保证电池的输出功率能达到动力电池的需求，达到动力电池的使用标准，使得锌氧电池应用范围更广。

附图说明

图1为本发明锌氧单电池结构示意图；

图中：1—塑料上盖；2—塑料下盖；3—不锈钢壳；4—隔膜纸；5—碳电极；6—氧气通道；7—锌集流体；8—锌饼；9—电解液；10—补液口；

图2为本发明的结构示意图；

图中：10—补液口；11—阀门；12—冷凝管；13—液体流量控制阀；14—温控装置；15—液体抽吸泵；16—补液储蓄池； 17—锌氧电池组；18—冷凝液收集室；19—循环补液管道；20—补液支管；21—氧气罐；22—密闭电池工作仓。

具体实施方式

下面结合图2对本实施例做进一步介绍。

一种温控循环补液锌氧电池系统，包括锌氧电池组17、氧气罐21以及密闭电池工作仓22，所述锌氧电池组17位于密闭电池工作仓22内部，所述锌氧电池组17由多个单节锌氧电池组成，所述单节锌氧电池底部开设有氧气通道6，顶部设有电解液补液口10；所述氧气罐21位于密闭电池工作仓22外部并通过设有阀门11的管道连接到密闭电池工作仓22上，所述的密闭电池工作仓22还设有循环补液装置，所述循环补液装置对称分布在锌氧电池组17两侧，包括依次管道连接的循环补液管道19、液体抽吸泵15、补液储蓄池16以及多个补液支管20，所述多个补液支管20分别接入单节锌氧电池的电解液补液口10，其上设有液体流量控制阀13；还设有冷凝管12以及与之相连的温控装置14，所述冷凝管12对称分布在锌氧电池组17两侧，位于循环补液装置连接管道之间形成冷凝空间，所述冷凝空间的底部设有冷凝液收集室18，所述循环补液管道19连接至冷凝液收集室18；所述锌氧电池组17电解液挥发水蒸气在冷凝空间冷凝后沿着冷凝管12落入冷凝液收集室18，所述液体抽吸泵15通过所述循环补液管道19从冷凝液收集室18抽吸液体到补液储蓄池16，打开液体流量控制阀13时，液体进入单节锌氧电池的密封电池槽中。所述补液储蓄池16中填充有液体

如图1所示为本发明锌氧单电池结构示意图；所述的锌氧单电池包括不锈钢壳3，所述的不锈钢壳3内部设有陶瓷下框2，底部设有碳电极5，所述碳电极5和不锈钢壳3组成电池的正极，所述碳电极5两端密封胶粘在陶瓷下框2上，其上方设有陶瓷纤维膈膜纸4，使得所述碳电极5与所述的不锈钢壳3底部之间形成一个密封的密封仓，所述密封仓上开设有氧气和循环补液通道6；所述陶瓷纤维膈膜纸4内部包括有锌饼8，所述锌饼8上设有锌集流体(力)极耳7，所述锌饼8和锌集流体极耳7组成电池的负极，还包括陶瓷上盖1，所述陶瓷上盖1和盖合在陶瓷下框2内形成电池槽，所述电池槽内填充有电解液9，所述陶瓷上盖1还设有开口和补液口10，所述锌集流体极耳7从开口中穿出，当单节锌电池组成锌电池组时，所述下一节锌氧电池的锌集流体7与上一节电池的不锈钢壳3配合在一起，所有单节锌电池上下叠放并通过固定装置固定，组成锌氧电池组17，所述固定装置为夹板或螺钉。

本发明在工作的时候，打开阀门11，通过所述阀门11控制通入电池工作仓内的氧浓度，进而一定程度是控制电池的反应速率，调节放电功率。工作一段时间后，整个电池工作仓内温度升高，电解液中水分蒸发，水蒸汽遇冷凝管12后凝成液滴，顺着冷凝管的壁面流入冷凝液收集室18，收集的液体达到一定体积后，所述锌氧电池组17电解液挥发水蒸气在冷凝空间冷凝后沿着冷凝管12落入冷凝液收集室18，所述液体抽吸泵15通过所述循环补液管道19从冷凝液收集室18抽吸液体到补液储蓄池16，流量控制阀13在指定需要补液的时间节点打开一段时间，液体进入单节锌氧电池的密封电池槽中。温控装置14始终将循环系统内的温度控制在50℃—80℃之间的位置。

Claims (2)

1.一种温控循环补液锌氧电池系统，包括锌氧电池组、氧气罐以及密闭电池工作仓，其特征在于：所述锌氧电池组位于密闭电池工作仓内部，所述锌氧电池组由多个单节锌氧电池组成，所述单节锌氧电池底部开设有氧气通道，顶部设有电解液补液口；所述氧气罐位于密闭电池工作仓外部并通过设有阀门的管道连接到密闭电池工作仓上，所述的密闭电池工作仓还设有循环补液装置，所述循环补液装置对称分布在锌氧电池组两侧，包括依次管道连接的循环补液管道、液体抽吸泵、补液储蓄池以及多个补液支管，所述多个补液支管分别接入单节锌氧电池的电解液补液口，其上设有液体流量控制阀；还设有冷凝管以及与之相连的温控装置，所述冷凝管对称分布在锌氧电池组两侧，位于循环补液装置连接管道之间形成冷凝空间，所述冷凝空间的底部设有冷凝液收集室，所述循环补液管道连接至冷凝液收集室，所述锌氧电池组电解液挥发水蒸气在冷凝空间冷凝后沿着冷凝管落入冷凝液收集室，所述液体抽吸泵通过所述循环补液管道从冷凝液收集室抽吸液体到补液储蓄池，打开液体流量控制阀时，液体进入单节锌氧电池的密封电池槽中；

所述的锌氧单电池包括不锈钢壳，所述的不锈钢壳内部设有陶瓷下框，底部设有碳电极，所述碳电极和不锈钢壳组成电池的正极，所述碳电极两端密封胶粘在陶瓷下框上，其上方设有陶瓷纤维隔膜纸，使得所述碳电极与所述的不锈钢壳底部之间形成一个密封的密封仓，所述密封仓上开设有氧气通道；所述陶瓷纤维隔膜纸内部包括有锌饼，所述锌饼上设有锌集流体极耳，所述锌饼和锌集流体极耳组成电池的负极，还包括陶瓷上盖，所述陶瓷上盖盖合在陶瓷下框内形成电池槽，所述电池槽内填充有电解液，所述陶瓷上盖还设有开口和补液口，所述锌集流体极耳从开口中穿出，当单节锌氧电池组成锌氧电池组时，下一节锌氧电池的锌集流体极耳与上一节电池的不锈钢壳配合在一起，所有单节锌氧电池上下叠放并通过固定装置固定，组成锌氧电池组；所述补液储蓄池中填充有液体。

2.根据权利要求1所述的一种温控循环补液锌氧电池系统，其特征在于：所述固定装置为夹板或螺钉。