CN104852107B - 金属空气燃料电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种金属空气燃料电池，属于金属空气燃料电池技术领域，该电池的活性金属电极、惰性金属电极以及电解液密封设置在绝缘壳体内，绝缘壳体内电解液的上方注入高压气体，通过密封的绝缘壳体隔绝外部气体进入绝缘壳体内部。本发明和现有技术相比，解决了现有金属空气燃料电池从原理上依赖空气无法密封的问题，解决了现有金属空气燃料电池无法倒置、横置使用的问题，具备了广泛推广、使用便捷的基础；延长了金属电极的使用寿命和使用效率，降低了使用成本；同时也延长了电池使用寿命；解决了电池单元无缝串联的问题，取消了电池单元串联的各种导体连接方式。
Description
技术领域
本发明涉及金属空气燃料电池技术领域，具体地说是一种金属空气燃料电池。
背景技术
目前已有的金属空气燃料电池工作原理是，在消耗金属的同时，需要消耗空气中的氧气，因此离不开空气介入，在电池组串联成电堆时，为保证充足的空气供应，还需要增加风扇加强空气对流，保证电池所需的氧气供应，因此无法密封。目前已有的金属空气燃料电池由于无法密封，只能有一种工作姿态，即两侧为吸收氧气的空气电极，上端为不密封可拆卸的金属电极插口，横置或倒置，将导致电池电解液泄漏流失，同时也将使空气电极无法工作，电池失效。
另外，空气燃料电池中的金属电极在电解液中的析氢腐蚀是个世界难题，目前最好的解决方案就是采用合金技术制作的金属电极，降低析氢腐蚀的程度，同时在不使用电池时，抽出电解液，使其与金属电极分离，终止析氢腐蚀的条件，目前尚无彻底抑制析氢腐蚀的解决方案。
传统的金属空气燃料电池为一次性电池，即金属电极消耗完毕，电池使用寿命即为终止，尚无金属空气燃料电池可充电研究成果的文献或报道。现有的金属空气燃料电池组的串联方法均采用正负极金属导体连接串联方式，电池组并非基本单元，操作繁琐。
发明内容
本发明的技术任务是提供一种金属空气燃料电池。
本发明的技术任务是按以下方式实现的，该电池的活性金属电极、惰性金属电极以及电解液密封设置在绝缘壳体内，绝缘壳体内电解液的上方注入高压气体，通过密封的绝缘壳体隔绝外部气体进入绝缘壳体内部。
所述的绝缘壳体分为上壳体和下壳体，上壳体和下壳体密封连接构成绝缘壳体的密封内部空间，上壳体的侧面设置有气体注入口，通过气体注入口向绝缘壳体内电解液的上方注入高压气体；下壳体的两侧分别安装有电池的正极接头和负极接头；绝缘壳体内的负极接头一侧的内壁上安装有活性金属电极，绝缘壳体内正极接头一侧的内壁上安装有惰性金属电极，惰性金属电极与活性金属电极之间的绝缘壳体内空间注入电解液，电解液的上方注入高压气体。
所述的绝缘壳体由聚氨酯、环氧树脂或工程塑料铸造的上壳体和下壳体密封组装而成。
所述的高压气体的压力大于等于1.5个大气压。
所述的活性金属电极、惰性金属电极以及电解液构成一个电池单元，绝缘壳体内设置有一个或两个以上串联设置的电池单元。
当绝缘壳体内设置有两个以上的串联电池单元时，绝缘壳体内部的活性金属电极的侧面电镀或涂覆惰性金属电极，形成电池单元之间正极和负极的串联状态，电镀或涂覆的惰性金属电极对应的电解液另一侧为活性金属电极。
所述的活性金属电极为铝、镁或锌，惰性金属电极为金、银、铜或镍。
本发明的金属空气燃料电池和现有技术相比，具有以下特点：
1）解决了现有金属空气燃料电池从原理上依赖空气无法密封的问题，不再受限于应用领域、使用环境和使用方式；
2）解决了现有金属空气燃料电池无法倒置、横置使用的问题，具备了广泛推广、使用便捷的基础；
3）在密封壳体中通过制造超过1.5个以上的大气压的高气压环境，阻止金属电极在电解液中析氢腐蚀产生的氢气从电解液中逸出，因氢气难溶于电解液中，得以终止金属电极在电解液中的析氢腐蚀过程；解决了现有金属空气燃料电池的金属电极析氢腐蚀问题，延长了金属电极的使用寿命和使用效率，降低了使用成本；
4）密封壳体使金属空气燃料电池参与电化学反应的物质无泄漏，保证了放电、充电过程可逆的基本物质条件；解决了现有金属空气燃料电池无法充电的问题，使金属空气燃料电池从一次性电池变为可快速充电的多次使用电池，延长了电池使用寿命，降低了使用成本；
5）电池单元在密封壳体内通过电镀或涂覆的方法直接完成各电池单元的串联，解决了电池单元无缝串联的问题，取消了电池单元串联的各种导体连接方式。
附图说明
附图1为金属空气燃料电池的结构示意图。
附图2为金属空气燃料电池析氢状态示意图。
图中：1、上壳体，2、下壳体，3、活性金属电极，4、惰性金属电极，5、电解液，6、正极接头，7、负极接头，8、气体注入口，9、高压气体，10、氢气。
具体实施方式
实施例1：
绝缘壳体内一个电池单元；
该金属空气燃料电池的铝活性金属电极3、金惰性金属电极4以及电解液5密封设置在绝缘壳体内，绝缘壳体内电解液5的上方注入1.5个大气压的高压气体9，通过密封的绝缘壳体隔绝外部气体进入绝缘壳体内部。
上述的绝缘壳体由聚氨酯铸造的上壳体1和下壳体2密封组装而成，上壳体1和下壳体2密封连接构成绝缘壳体的密封内部空间，上壳体1的侧面设置有气体注入口8，通过气体注入口8向绝缘壳体内电解液5的上方注入高压气体9；下壳体2的两侧分别安装有电池的正极接头6和负极接头7；绝缘壳体内的负极接头7一侧的内壁上安装有铝活性金属电极3，绝缘壳体内正极接头6一侧的内壁上安装有金惰性金属电极4，金惰性金属电极4与铝活性金属电极3之间的绝缘壳体内空间注入电解液5，电解液5的上方注入高压气体9。
实施例2：
绝缘壳体内两个串联电池单元；
该金属空气燃料电池的镁活性金属电极3、银惰性金属电极4以及电解液5密封设置在绝缘壳体内，绝缘壳体内电解液5的上方注入2个大气压的高压气体9，通过密封的绝缘壳体隔绝外部气体进入绝缘壳体内部。
上述的绝缘壳体由环氧树脂铸造的上壳体1和下壳体2密封组装而成，上壳体1和下壳体2密封连接构成绝缘壳体的密封内部空间，上壳体1的侧面设置有气体注入口8，通过气体注入口8向绝缘壳体内电解液5的上方注入高压气体9；下壳体2的两侧分别安装有电池的正极接头6和负极接头7；绝缘壳体内的负极接头7一侧的内壁上安装有镁活性金属电极3，绝缘壳体内正极接头6一侧的内壁上安装有银惰性金属电极4，银惰性金属电极4与镁活性金属电极3之间的绝缘壳体内空间注入电解液5，电解液5的上方注入高压气体9。左右两侧壁的镁活性金属电极3和银惰性金属电极4之间的绝缘壳体内设置有一个镁活性金属电极3，该镁活性金属电极3的侧面电镀银惰性金属电极4，形成电池单元之间正极和负极的串联状态，电镀的银惰性金属电极4对应的电解液5另一侧为镁活性金属电极3。
实施例3：
绝缘壳体内三个串联电池单元；
该金属空气燃料电池的锌活性金属电极3、铜惰性金属电极4以及电解液5密封设置在绝缘壳体内，绝缘壳体内电解液5的上方注入2.5个大气压的高压气体9，通过密封的绝缘壳体隔绝外部气体进入绝缘壳体内部。
上述的绝缘壳体由工程塑料铸造的上壳体1和下壳体2密封组装而成，上壳体1和下壳体2密封连接构成绝缘壳体的密封内部空间，上壳体1的侧面设置有气体注入口8，通过气体注入口8向绝缘壳体内电解液5的上方注入高压气体9；下壳体2的两侧分别安装有电池的正极接头6和负极接头7；绝缘壳体内的负极接头7一侧的内壁上安装有锌活性金属电极3，绝缘壳体内正极接头6一侧的内壁上安装有铜惰性金属电极4，铜惰性金属电极4与锌活性金属电极3之间的绝缘壳体内空间注入电解液5，电解液5的上方注入高压气体9。左右两侧壁的锌活性金属电极3和铜惰性金属电极4之间的绝缘壳体内设置有两个锌活性金属电极3，该两个锌活性金属电极3的相同方向的侧面涂覆铜惰性金属电极4，形成电池单元之间正极和负极的串联状态，涂覆的铜惰性金属电极4对应的电解液5另一侧为锌活性金属电极3。
实施例4：
绝缘壳体内五个串联电池单元；
该金属空气燃料电池的铝活性金属电极3、镍惰性金属电极4以及电解液5密封设置在绝缘壳体内，绝缘壳体内电解液5的上方注入4个大气压的高压气体9，通过密封的绝缘壳体隔绝外部气体进入绝缘壳体内部。
上述的绝缘壳体由聚氨酯铸造的上壳体1和下壳体2密封组装而成，上壳体1和下壳体2密封连接构成绝缘壳体的密封内部空间，上壳体1的侧面设置有气体注入口8，通过气体注入口8向绝缘壳体内电解液5的上方注入高压气体9；下壳体2的两侧分别安装有电池的正极接头6和负极接头7；绝缘壳体内的负极接头7一侧的内壁上安装有铝活性金属电极3，绝缘壳体内正极接头6一侧的内壁上安装有镍惰性金属电极4，镍惰性金属电极4与铝活性金属电极3之间的绝缘壳体内空间注入电解液5，电解液5的上方注入高压气体9。左右两侧壁的铝活性金属电极3和镍惰性金属电极4之间的绝缘壳体内设置有四个铝活性金属电极3，该四个铝活性金属电极3的相同方向的侧面电镀镍惰性金属电极4，形成电池单元之间正极和负极的串联状态，电镀的镍惰性金属电极4对应的电解液5另一侧为铝活性金属电极3。
上述的高压气体9可为空气或氧气；电解液5为氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液。本发明的金属空气燃料电池之所以不再依赖绝缘壳体外的空气，全赖以惰性金属电极4取代了空气电极膜，由惰性金属电极4从氢氧化钠或氢氧化钾碱性电解液5中获得溶解氧参与电池的电化学反应，而电解液5中的溶解氧由密封绝缘壳体中的高压空气或高压氧气中获得（氧气在电解液5中随气体压强加大或电解液5温度降低而增加溶解度），而密封结构中的氧气由注入的高压空气、高压氧气或过氧化氢液体提供。（过氧化氢液体与碱性电解液混合时迅速分解为氧气和水）。
通过上面具体实施方式，所述技术领域的技术人员可容易的实现本发明。但是应当理解，本发明并不限于上述的几种具体实施方式。在公开的实施方式的基础上，所述技术领域的技术人员可任意组合不同的技术特征，从而实现不同的技术方案。
Claims (6)
1.金属空气燃料电池，其特征在于，该电池的活性金属电极、惰性金属电极以及电解液密封设置在绝缘壳体内，绝缘壳体内电解液的上方注入高压气体，通过密封的绝缘壳体隔绝外部气体进入绝缘壳体内部；
所述的绝缘壳体分为上壳体和下壳体，上壳体和下壳体密封连接构成绝缘壳体的密封内部空间，上壳体的侧面设置有气体注入口，通过气体注入口向绝缘壳体内电解液的上方注入高压气体，下壳体的两侧分别安装有电池的正极接头和负极接头；绝缘壳体内的负极接头一侧的内壁上安装有活性金属电极，绝缘壳体内正极接头一侧的内壁上安装有惰性金属电极，惰性金属电极与活性金属电极之间的绝缘壳体内空间注入电解液，电解液的上方注入高压气体。
2.根据权利要求1所述的金属空气燃料电池，其特征在于，所述的绝缘壳体由聚氨酯、环氧树脂或工程塑料铸造的上壳体和下壳体密封组装而成。
3.根据权利要求1所述的金属空气燃料电池，其特征在于，所述的高压气体的压力大于等于1.5个大气压。
4.根据权利要求1所述的金属空气燃料电池，其特征在于，所述的活性金属电极、惰性金属电极以及电解液构成一个电池单元，绝缘壳体内设置有一个或两个以上串联设置的电池单元。
5.根据权利要求4所述的金属空气燃料电池，其特征在于，当绝缘壳体内设置有两个以上的串联电池单元时，绝缘壳体内部的活性金属电极的侧面电镀或涂覆惰性金属电极，形成电池单元之间正极和负极的串联状态，电镀或涂覆的惰性金属电极对应的电解液另一侧为活性金属电极。
6.根据权利要求1所述的金属空气燃料电池，其特征在于，所述的活性金属电极为铝、镁或锌，惰性金属电极为金、银、铜或镍。
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