CN104767006A - 两时段金属空气电池 - Google Patents
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Abstract
两时段金属空气电池，电池反应产物还会堆积在催化层，但本单体电池具有放电和清洗两个工作时段。放电过后，有一个清洗时段，将催化层内的堵塞物清洗掉。由多个单体电池组成一个循环电堆，每个单体电池依次放电，依次清洗，整个电堆就有连续不断的电流输出。
Description
一、技术领域：
大功率动力电池
二、技术背景：
金属空气电池的放电产物要堵塞催化通道，依然是一道世界难题。
我认为对于金属空气电池来讲，没有任何捷径可走，只有用最原始的方法，老老实实地让放电产物堵塞催化层的情况产生，当认为不能放电了，就停止工作，给它一个专门的时间清洗堵塞，清洗完了再放回去使用，这才是最有效最可靠的解决方案。
三、发明内容：
本发明的目的是要将电池催化层中产生的放电产物Li2O、Li2O2排出电池，使电池不会因为放电产物堵塞而停止工作。
为了实现上述目的，我们将每个单体电池的工作分为放电、清洗两个工作时段。称为两时段金属空气电池。放电时段的工作原理与原来一样，放电产物堆积在催化层内。清洗时段的工作是要把放电时堆积在催化层中的放电产物排出催化层，排出电池离子运动空间，然后又进入放电时段，对外放电，放电后又进入清洗时段，如此重复下去。并将多个单体电池组成一个循环电堆，每个单体电池依次放电，依次清洗，整个循环电堆就有连续电流输出。这就是本发明的特征。
要把放电产物从催化层中清洗掉，具体来讲就是要使放电产物与催化物分离。
使放电产物与催化物分离有两种方法：1是磁吸分离法。2是离心分离法。
磁吸分离法是先将催化物粒做成带铁磁性的粒子，再用永久磁铁吸住带铁磁性的催化物，然后用冲洗液冲洗催化物，冲洗时，因为催化物粒有铁磁性，被永久磁铁吸住而不脱离，没有铁磁性的放电产物被冲出催化层，这就实现了放电产物与催化物分离目的。
离心分离法，复杂，要把催化物送到分离器分离后再送到电池内，这里暂不介绍。
本发明的优点是：
1、目前所有的锂空气电池的试验方案，都回避不了锂与氧的电化学反应，而这一反应必然会有反应物产生。本发明能把这些放电产物排出电池，对电池长久放电是一个巨大的优点。
2、电量的持续供应只需添加金属极片，不用加大单体电池，与液流电池有同样的优点，使之原本很高的比能量进一步提高，这是一个很大的优点。
3、本发明采用了最笨的方法，却是最可靠的方法。如果特大型的电池催化层面积像墙壁那样大，完全可以用人工像浇花那样冲洗催化层，完了再装入电池放电。因为它具有一个体外冲洗时间和空间，与电池的放电和电池零件是完全无关的。本发明人工冲洗也可以工作，试想用自动化清洗配合后，一定是一台可靠的动力电池了。
4、镍粒也可作为本发明的催化层，并有成品供应，这对本发明的制造有利。
5、金属空气电池是金属与空气的反应，不是燃气和空气的反应，所 以它的密封要求比燃料电池低，这是个优点。
6、本发明采用锂作负极时，可以使用有机溶液，对催化层和隔膜寿命很有好处。
7、本发明既可以用充电回收负电极材料继续作燃料，又可直接加金属电极。有时间的就充电，没时间的就可加金属电极马上走路，很方便。
四、附图说明：
附图1是两时段金属空气电池结构示意图
附图2是微孔集流体位置示意图
图中数字表示为：
1-单体电池，2-电堆轨道，3-上压板，4-冷却底板，5-负电极，6-隔膜，7-挤水轮，8-吸水滚轮，9-冲洗管，10-空气电极，11-流场板，12-永久磁板，13-拖块，14-顶块，15-循环电堆，16-负极集流体。
五、具体实施方法：
请看图1，本发明的具体工作过程为：
当某一个单体电池的电量快放完了(实际是因堵塞，放电电流低于要求了)，这个电池的电流指令使循环电堆(15)上下移动，将这一单体电池移到清洗位置。接着运动机构会把这个单体电池从右边推出电堆去清洗。并把顶块(14)推进清洗电池移出后留下的空间，顶住上下电堆。流场板(11)与拖块(13)连为一体，单体电池清洗时，拖块(13)留在电堆内，与顶块(14)一起顶住上下电堆。
推出电堆的单体电池，有永久磁板(12)和上压板(3)限位，不会松动，这时电池内的催化层(10)因为有铁磁性，会被下面的永久磁板 (12)吸引着，不会松动。然后，上压板(3)上升，打开电池，让冲洗管(9)进入，左右移动，对催化层(10)进行清洗，把没有铁磁性的堵塞物冲洗掉。清洗后由吸水滚轮(8)在催化层表面滚过，吸干清洗液。然后，上压板下行闭合电池，运动机构把这个洗干净的单体电池返回电堆，再开始放电。同时，顶块(14)向左移动退出电池。
循环电堆有轨道限制，只能作前后运动，将需要清洗的单体电池移动到清洗位置。循环电堆的前后两瑞有弹力夹板夹紧整组循环电堆，使得循环电堆可以良好的放电。
以上所有的运动都是由简单的电子控制器指挥的。执行器可以由气缸执行，也属于简单常用的零件。
催化层清洗也可以在电堆内进行，不需要把电池移出电堆，由凸轮的转动分开正负极板，形成一个清洗空间。也可以用气囊分开正负极板，形成一个清洗空间。
清洗催化层时用本电池所用的电解液作为清洗液。电解液从多孔的冲洗管喷出，冲洗管中有一条超声振动棒，使喷出的清洗液具有超声波的清洗功能。每个单体电池依次清洗，依次放电。一个循环电堆中有多个电池在放电，只有一个电池在清洗。放电电池越多，电堆功率越大。
为了使催化物粒带铁磁性，有两种方法可实现：1是将无铁磁性的催化物包裹在铁磁性的粒子上。2将无铁磁性的催化物与有铁磁性的物质混合于一个粒子中。3将无铁磁性的催化物与有铁磁性的物质熔合于一个粒子中。4是直接采用铁磁性的物质做成催化粒子。
因为扩散层在电池使用5年的时间内要进行近万次的分合，需要在碳质空气电极扩散层表面的粒子上镀复一层铁磁性低的、导电好的金 属物，以提高强度。
为了减轻负极毛糙面对隔膜的压合影响，为了减小电子传导电阻，将负极集流体(16)放在负极与隔膜之间，并将负极集流体做成多孔微孔，让电解液透过微孔，并让电解液能与隔膜和负极接触。见图2。
为了减小电堆中各个单体电池的压力，为了改善空气电极(阴极)还原反应时电子流向各个催化粒子的流通性能，可以利用催化粒子的铁磁性，用磁力来促进各个催化粒子的接触，方法是让清洗的催化层继续紧靠磁板，让磁力压紧各个催化粒，同时再用上压板(3)与磁板(12)把催化层压紧一次，使机械压力与磁压力共同作用压紧催化粒子，压紧后保持压紧状态返回电堆工作。
因为本发明是一次电池，一般工作10小时需要加入锂片，如果空间余地大，重量也允许，可选择采用工作20小时的锂片。锂片的加入先将单体电池顶出电堆，打开上压板(3)，将新锂片靠着还未用完的锂片插入，再闭合电池就可以了。新锂片象子弹一样装在集片箱里，需要时会自动或半自动地加入电池。
因为一个单体电池的放电时间远长于一个单体电池的清洗时间，所以，可以在一个放电时间内按排多个单体电池依次清洗。待最后一个电池清洗结束，再去清洗第一个电池，其间没有时间上的矛盾。只有余地。这一循环的单体电池总成，称为一个“循环电堆”。
一个循环电堆配一套清洗机构，一套清洗机构包括一件磁板，一件上压板，一件顶块，一件冲洗管，一件吸水滚轮，以及传动机构。大功率的电池可由多个循环电堆组成。
吸水滚轮与两个挤水轮(7)接触。互相带压转动，挤干吸水滚轮上 的水。
为了减小体积，阴极阳极可以卷起来。
顶块(14)和电池的运动采用气缸或液压缸或齿轮齿条的传动完成。
清洗得到的电池反应产物由充电箱收集。
经过上述实施细节操作的金属空气电池一定可以运行放电，并能看到它高比能量，大功率大电流的优越表现。
一劳永逸的事是没有的，不复杂的汽车动力电池也是没有的，余下的事请大家继续努力吧。
Claims (18)
1.两时段金属空气电池，包括正极负极，隔膜，工作时继续出现反应物堆积在催化层的现象，其特征为：每个单体电池的工作分为放电，清洗两个工作时段，清洗时段的工作是把放电时堆积在催化层中的放电产物排出催化层，排出电池内离子运动的空间，然后电池又进入放电时段，放电后又进入清洗时段，如此重复下去。
2.根据权利要求1所述的两时段金属空气电池，其特征为：多个单体电池组成一个循环电堆，每个单体电池依次放电，依次清洗。
3.根据权利要求1所述的两时段金属空气电池，其特征为：把催化物做成带铁磁性的粒子，再用永久磁铁吸住铁磁性的催化物，然后用冲洗液冲洗催化物，把没有铁磁性的放电产物冲出催化层。
4.根据权利要求1所述的两时段金属空气电池，其特征为：单体电池清洗时，拖块留在电堆内，与顶块一起顶住上下电堆。
5.根据权利要求1所述的两时段金属空气电池，其特征为：推出电堆的单体电池，有永久磁板和上压板限位，上压板上升，打开电池，让冲洗管进入，左右移动，冲洗催化层。
6.根据权利要求1所述的两时段金属空气电池，其特征为：清洗后有吸水滚轮在催化层表面滚过，吸干清洗液。
7.根据权利要求1所述的两时段金属空气电池，其特征为：清洗催化层时用本电池所用的电解液作为清洗液。
8.根据权利要求1所述的两时段金属空气电池，其特征为：循环电堆有轨道限制，只能作前后运动。
9.根据权利要求1所述的两时段金属空气电池，其特征为：催化层的清洗也可以在电堆内清洗，不需要把电池移出电堆，由凸轮的转动分开正负极板，形成一个清洗空间。
10.根据权利要求1所述的两时段金属空气电池，其特征为：催化层的清洗也可以在电堆内清洗，不需要把电池移出电堆，由所气囊分开正负极板，形成一个清洗空间。
11.根据权利要求1所述的两时段金属空气电池，其特征为：采用机械压力与磁压力共同作用压紧催化粒子。
12.根据权利要求1所述的两时段金属空气电池，其特征为：清洗得到的电池反应产物由充电箱收集。
13.根据权利要求1所述的两时段金属空气电池，其特征为：阴极阳极可以卷起来。
14.根据权利要求1所述的两时段金属空气电池，其特征为：吸水滚轮与两个挤水轮接触。
15.根据权利要求1所述的两时段金属空气电池，其特征为：负极集流体放在负极与隔膜之间，并将负极集流体做成多孔微孔。
16.根据权利要求1所述的两时段金属空气电池，其特征为：在碳质空气电极扩散层表面的粒子上镀复一层铁磁性低的，导电好的金属物。
17.根据权利要求1所述的两时段金属空气电池，其特征为：冲洗管中有一条超声振动棒。
18.根据权利要求1所述的两时段金属空气电池，其特征为：循环电堆的前后两端有弹力夹板夹住整个循环电堆。
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|---|---|---|---|---|
| CN106410252A (zh) * | 2016-09-18 | 2017-02-15 | 云南冶金集团创能铝空气电池股份有限公司 | 大功率金属燃料电池综合控制系统 |
| US20200006828A1 (en) * | 2018-06-29 | 2020-01-02 | Form Energy Inc., | Metal air electrochemical cell architecture |
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| CN106410252B (zh) * | 2016-09-18 | 2019-09-03 | 云南创能斐源金属燃料电池有限公司 | 大功率金属燃料电池综合控制系统 |
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