CN104617817B - 水电池 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的水电池包括主体、水电池填充物以及电极模块。所述主体包括多个电池槽，每一电池槽底部开设入水孔，所述多个电池槽排列成二维阵列，所述二维阵列包括多个电池行及多个电池列。所述水电池填充物填充于所述多个电池槽，所述水电池填充物包括电解质。所述电极模块设置于所述多个电池槽上，用于对每一电池槽提供正极金属及负极金属，以形成多个水电池单元，并且用于串联及/或并联所述多个水电池单元。本发明的水电池解决了现有水电池供电量微弱以及高成本的问题。
Description
【技术领域】
本发明是涉及一种电池，特别涉及一种加水可产生电的低成本水电池。
【背景技术】
由于环保意识抬头，绿色能源的开发一直是科技的重要发展目标的一。传统镍镉或镍氢电池内含的是有毒的化学物质，因此这种电池一旦使用耗尽，均需回收来处理有害物质，且对于毒物的处理也是一大难题，如任意弃置更会严重造成环境污染。因此，有人开发出完全使用无害物质制成的水电池，其是采用水配合电池中的正负两金属电极进行化学反应来产生电力。
参照台湾新型专利M275542号及M373571号，其均是采用加水可产生电力的环保电池，然而，上述专利的水电池或称盐水电池所产生的电压差受到其所采用的正负极金属之间的电位差的限制，输出常仅有零点几伏特而已，供电量非常微弱，并无法符合日常电器所需的额定电压及电流，因此用处不大。此外，现有的水电池常采用昂贵的半透膜，以防止电解质溢出于反应槽外而导致电池失效。
因此，为了加强水电池的实用性，并有效降低其的生产成本，以达到取代传统有毒电池的目标，亟需提出一种水电池以有效解决上述的缺失。
【发明内容】
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种水电池，其透过模块化的电极设计串并联多个水电池单元而增加了供电量，且采用吸水材料如:吸水树脂、发泡材料、或不织布、棉线等吸水材料取代昂贵的半透膜，进而降低了生产成本，完整地克服传统水电池的缺点，达到取代传统有毒电池的目的。
为达成上述目的，本发明提供的水电池包括主体、水电池填充物以及电极模块。所述主体包括多个电池槽，每一电池槽底部开设入水孔，所述多个电池槽排列成二维阵列，所述二维阵列包括多个电池行及多个电池列。所述水电池填充物填充于所述多个电池槽，所述水电池填充物包括电解质。所述电极模块设置于所述多个电池槽上，用于对每一电池槽提供正极金属及负极金属，以形成多个水电池单元，并且用于串联及/或并联所述多个水电池单元。
在一优选实施例中，所述电极模块包括对应所述多个电池列的多个串联模块，每一串联模块呈条状，用于串联对应所述电池列的所述多个水电池单元。具体而言，所述串联模块包括绝缘体以及多组所述正极金属及所述负极金属，其中每一组的所述正极金属及所述负极金属在所述绝缘体内接触，且局部突伸于所述绝缘体。另外，所述绝缘体具有多个预裂痕，且每一组的所述正极金属及所述负极金属介于两相邻预裂痕之间。
在此优选实施例中，所述电极模块还包括并联正极以及并联负极，所述并联正极设置于所述多个电池行的首行，用于电性连接位于首行的所述多个水电池单元的所述多个正极金属；所述并联负极设置于所述多个电池行的末行，用于电性连接位于末行的所述多个水电池单元的所述多个负极金属。进一步来说，位于首行的所述多个水电池单元的每一正极金属与所述并联正极之间还可设置二极管；或者位于末行的所述多个水电池单元的每一负极金属与所述并联负极之间还可设有二极管。
在一优选实施例中，所述电解质为粉状且以吸水材料包覆。
在一优选实施例中，所述水电池填充物为凝胶状或果冻状，且所述电解质掺混于其中。
在一优选实施例中的水电池进一步包括多个棉线，所述多个棉线分别设置于所述多个电池槽中且埋设于所述水电池填充物中，每一棉线由所述通孔延伸出所述电池槽外。
在一优选实施例中，每一电池槽底部设有一层吸水树脂。
相较于现有技术，本发明采用的水电池透过阵列方式对多个水电池单元进行串联及并联，而解决了现有水电池供电量微弱的问题。另外，本发明在每一电池槽底部设置吸水树脂，当电池槽从入水孔吸入一定量水份之后，吸水树脂将会膨胀使得电池槽内压力加大，进而减缓吸水的速度，甚至阻止水份继续吸入，而减缓电解液的流出，藉此延长了水电池的寿命。由上可知，本发明的水电池解决了传统水电池需要半透膜的高成本的缺点。
为让本发明的上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，配合所附图式，作详细说明如下：
【附图说明】
图1为本发明的一优选实施例的水电池的局部爆炸示意图；
图2为沿图1的线段AA的剖面示意图；
图3为本发明的一优选实施例的剥离串联模块的立体示意图。
【具体实施方式】
本发明的数个优选实施例借助所附图式与下面的说明作详细描述，在不同的图式中，相同的元件符号表示相同或相似的元件。
请参照图1及图2，图1为本发明的一优选实施例的水电池的局部爆炸示意图，图2为沿图1的线段AA的剖面示意图。需注意的是，上述式图仅为说明用途，其并未以实际比例绘制。
本实施例的水电池10包括主体120、水电池填充物140以及电极模块160。如图2所示，主体120包括多个电池槽122，每一电池槽122底部开设入水孔123。具体来说，入水孔123用于透过虹吸现象将主体120外部的水吸入电池槽122内。需注意的是，本实施例的水电池10还包括设置于本体10下方的底壳(图未示)，所述底壳可积存水份，可供入水孔123吸入的用。如图1所示，所述多个电池槽122排列成二维阵列，所述二维阵列包括多个电池行及多个电池列。在此实施例中，电池列是表示沿X方向排列的电池槽122，电池行是表示沿Y方向排列的电池槽122。然而，本发明并不限于此，电池列也可表示为沿Y方向排列的电池槽122，电池行也可表示为沿X方向排列的电池槽122。
如图2所示，水电池填充物140填充于所述多个电池槽122，所述水电池填充物140包括电解质，其中电解质包括酸类、碱类或盐类的可溶性化合物。酸类包括醋酸(CH3COOH)、盐酸(HCl)及硫酸(H2SO4)、硝酸(HNO3)等；碱类包括熟石灰(学名氢氧化钙Ca(OH)2)、烧碱(学名氢氧化钠(NaOH))、氨水(学名氢氧化铵(NH4OH))等；盐类包括食盐(学名氯化钠(NaCl))、硝酸钾(KNO3)、硫酸铜(CuSO4)等。
在一优选实施例中，如图2的第一格电池槽122所示，所述电解质142为粉状且以吸水材料144包覆。吸水材料包括吸水树脂、发泡材料、或不织布、棉线、海绵等。在另一优选实施例中，如图2的第二格电池槽122所示，所述水电池填充物140为凝胶状或果冻状，且所述电解质掺混于其中。值得一提的是，所述多个电池槽122内还设有多个棉线150，所述多个棉线150分别设置于所述多个电池槽122中且埋设于所述水电池填充物140中，且每一棉线150由所述通孔123延伸出所述电池槽122外，用于将水吸入电池朝内。在第一格电池槽122所绘示的例子中，粉状的电解质142还包裹住棉线150的一端，使得电解质142可溶解成电解液。
此外，如图2的第三及第四格电池槽122所示，每一电池槽122底部设有一层吸水树脂146。具体而言，吸水树脂146为高吸水性聚合物(Superabsorbent polymers，简称SAP)，SAP是一种能够吸收并保留相对于其本身质量要大得很多的液体的新型功能高分子材料，如聚丙烯酸钠。当电池槽122从入水孔123或者棉线150吸入一定量水份之后，吸水树脂146将会膨胀使得电池槽122内压力加大，进而减缓吸水的速度，甚至阻止水份继续吸入，而减缓电解液的流出，藉此延长了水电池10的寿命。
如图1及图2所示，电极模块160设置于本体120的所述多个电池槽122上，用于对每一电池槽122提供正极金属162及负极金属164，以形成多个水电池单元102，并且用于串联及/或并联所述多个水电池单元102。其中正极金属162为具有相对高电位的金属，如铜；负极金属164为具有相对低电位的金属，如锌。也就是说，每一电池槽122内具有水电池填充物140，并配合正极金属162及负极金属164，即成为一个水电池单元102。
在此实施例中，所述电极模块160包括对应所述多个电池列的多个串联模块165，每一串联模块165呈条状，用于串联对应所述电池列的所述多个水电池单元102。请一并参照图3，图3为本发明的一优选实施例的剥离串联模块的立体示意图。具体而言，所述串联模块160包括绝缘体167以及多组所述正极金属162及所述负极金属164，其中每一组的正极金属162及负极金属164在所述绝缘体167内接触，且局部突伸于所述绝缘体167。优选地，串联模块160可用塑胶包覆金属射出成型的方式形成。需注意的是，每一组相接的正极金属162及负极金属164是个别跨接在两个相邻的电池槽122上，用于串联两个相邻的水电池单元102。
如图3所示，绝缘体167具有多个预裂痕169，且每一组的正极金属162及负极金属164介于两相邻预裂痕169之间。由此可知，透过上述设计，只要从相应的预裂痕169剥离，即可成为用于串联任意数量的水电池单元102的串联模块160，而进一步降低设计各种长度及数量的串联模块的成本。此外，透过此设计，组装者只要将串联模块160嵌上本体120上对应的电池列，即可完成组装。值得一提的是，所述绝缘体167上还具有多个透气孔(图未示)，以排出电化学作用所产生的气体。
请再参照图1及图2，除了对每一列水电池单元102串联之外，本实施例进一步并联每一列电池列，以增加水电池10供应的电流。本实施例的电极模块160还包括并联正极1602以及并联负极1604。并联正极1602设置于所述多个电池行的首行，用于电性连接位于首行的所述多个水电池单元102的所述多个正极金属162；所述并联负极1604设置于所述多个电池行的末行，用于电性连接位于末行的所述多个水电池单元102的所述多个负极金属164。透过并联正极1602以及并联负极1604，即可完成所述多个电池列的并联。值得注意的是，在其他实施例中，并联正极1602还可直接设计成首行电池行的所述多个正极金属162。同样地，并联负极1604也可直接设计成末行电池行的所述多个负极金属164。即省略掉不成对的单个正极金属162及负极金属164。
值得一提的是，位于首行的所述多个水电池单元102的每一正极金属162与所述并联正极1602之间还可设置一个二极管(图未示)。或者，位于末行的所述多个水电池单元106的每一负极金属164与所述并联负极1604之间还可设有一个二极管。透过在每一电池列设置二极管，可防止发电效率较高的电池列对发电效率较弱的电池列充电，而影响了整体水电池10的供电量。
综上所述，本发明采用的水电池10透过阵列方式对多个水电池单元102进行串联及并联，而解决了现有水电池供电量微弱的问题。此外，本发明在每一电池槽122底部设置吸水树脂146，当电池槽122从入水孔123吸入一定量水份之后，吸水树脂146将会膨胀使得电池槽122内压力加大，进而减缓吸水的速度，甚至阻止水份继续吸入，而减缓电解液的流出，藉此延长了水电池10的寿命。由上可知，本发明的水电池10解决了传统水电池需要半透膜的高成本的缺点。
虽然本发明以已优选实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的变更和润饰。因此，本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。
Claims (9)
1.一种水电池，其特征在于，包括：
主体，包括多个电池槽，每一电池槽底部开设入水孔，所述多个电池槽排列成二维阵列，所述二维阵列包括多个电池行及多个电池列；
水电池填充物，填充于所述多个电池槽，所述水电池填充物包括电解质；以及
电极模块，设置于所述多个电池槽上，用于对每一电池槽提供正极金属及负极金属，以形成多个水电池单元，并且用于串联及/或并联所述多个水电池单元，其中每一电池槽底部设有一层吸水树脂，且当所述电池槽吸入水份之后，所述吸水树脂会膨胀使得所述电池槽内压力加大，进而减缓吸水的速度。
2.根据权利要求1所述的水电池，其特征在于，所述电极模块包括对应所述多个电池列的多个串联模块，每一串联模块呈条状，用于串联对应所述电池列的所述多个水电池单元。
3.根据权利要求2所述的水电池，其特征在于，所述串联模块包括绝缘体以及多组所述正极金属及所述负极金属，其中每一组的所述正极金属及所述负极金属在所述绝缘体内接触，且局部突伸于所述绝缘体。
4.根据权利要求3所述的水电池，其特征在于，所述绝缘体具有多个预裂痕，且每一组的所述正极金属及所述负极金属介于两相邻预裂痕之间。
5.根据权利要求2所述的水电池，其特征在于，所述电极模块还包括并联正极以及并联负极，所述并联正极设置于所述多个电池行的首行，用于电性连接位于首行的所述多个水电池单元的所述多个正极金属；所述并联负极设置于所述多个电池行的末行，用于电性连接位于末行的所述多个水电池单元的所述多个负极金属。
6.根据权利要求5所述的水电池，其特征在于，位于首行的所述多个水电池单元的每一正极金属与所述并联正极之间还设有二极管；或者位于末行的所述多个水电池单元的每一负极金属与所述并联负极之间还设有二极管。
7.根据权利要求1所述的水电池，其特征在于，所述电解质为粉状且以吸水材料包覆。
8.根据权利要求1所述的水电池，其特征在于，所述水电池填充物为凝胶状或果冻状，且所述电解质掺混于其中。
9.根据权利要求1所述的水电池，其特征在于，进一步包括多个棉线，所述多个棉线分别设置于所述多个电池槽中且埋设于所述水电池填充物中，每一棉线由所述通孔延伸出所述电池槽外。
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