CN105762439B - 一种金属/空气电池 - Google Patents

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Abstract

一种金属/空气电池，包括一电池上盖、一电池壳体、一片金属阳极和两片空气阴极，电池壳体为上端开口的中空容器，其中两片空气阴极安置于电池壳体内，两片空气阴极相对平行设置，电池上盖扣合于电池壳体的开口端，于所述电池上设置有散热翅片。与现有技术相比，本发明所述金属/空气电池具有以下优点：单电池自身通过由高导热且耐腐蚀材料制成的电池上盖散热，同时电池上盖上的散热翅片使得电池反应放出的热量直接从电池内部导出，进一步调高了电池的散热效果的同时有效避免了电池壳体内部集聚的热量对阴极、电池壳体的损坏，进一步提高了电池性能的同时增强了电池的可靠性和耐用性。

Description

一种金属/空气电池
技术领域
本发明涉及一种金属/空气电池。具体地说是一种具有良好散热性能的镁、铝、锌等金属/空气电池。
背景技术
金属/空气电池是一种采用金属(如镁、铝、锌等)为阳极燃料，空气中氧气作为氧化剂，碱液或中性盐水作为电解质溶液的电化学反应装置。我国镁、铝、锌等金属储量丰富、且价格低廉，因此金属/空气电池在我国通讯电源、野外应急电源、照明电源及储备电源等可移动电源的诸多领域具有广阔的应用前景。金属/空气电池具有能量密度高，安全性高，反应物和产物无污染，工作安静隐蔽性好，金属燃料储存、运输、携带安全方便且干态存储时间长，只要不断更换金属阳极和电解液，电池可持续稳定供电等特点，以镁/空气电池为例，其理论能量密度高达3910Wh/kg。镁/空气电池电极反应和电池总反应分别为：
阳极电极反应：Mg+2OH-→Mg(OH)2+2e- -2.69V (1)
阴极电极反应：1/2O2+H2O+2e-→2OH- +0.4V (2)
电池总反应：Mg+1/2O2+H2O→Mg(OH)2 +3.09V (3)
由上式可知，镁/空气电池在反应过程中消耗金属镁、空气中的氧气和水，生成氢氧化镁。反应一段时间后，金属阳极逐渐消耗完全，产物产物在电解液中的累积，此时，需及时将产物排出、更换阳极从而使镁/空气电池继续工作。
在燃料电池中由于内部的不可逆性和欧姆极化等产生的化学反应热，30％-65％左右的能量耗散为热量，这一部分热量使电池温度上升，导致电池电解液蒸发过快，进而使电池反应面积减小，致使放电性能下降；由于电池壳体多为塑料件，电池过热又易造成单电池壳体变形严重，甚至对阴极造成破坏。
目前金属/空气电池多采用以空气为介质的电池热管理系统，根据空气在电池组外的成因，分自然对流和强制对流两种换热方式。这两种散热方式同其散热面积、风速、环境温度有关系，若需要增大散热量，在环境温度一定的情况下需(1)增大进气风速：想要增大风速就需要增大风扇的功率，同时风扇的体积也会相应增大，这样带来的问题就是附属设施功耗的增加以及电池系统体积的增大。(2)增大散热面积：当单电池尺寸一定，占单电池表面大部分的空气阴极面积一定，想增大散热面积唯有增大单电池间距离，而这势必以增大电池组体积，降低系统比能量为代价。
发明内容
本发明针对现有金属/空气电池在上述散热问题，发明一种散热性能较优的金属/空气电池，实现单电池及电池组的良好散热，使电池组可连续稳定放电，提高电池组循环使用效率。
本发明采用以下技术方案来实现：
一种金属/空气电池，包括一电池上盖、一电池壳体、一片金属阳极和两片空气阴极，电池壳体为上端开口的中空容器，其中两片空气阴极安置于电池壳体内，两片空气阴极相对平行设置，金属阳极插入电池壳体中，且保持金属阳极与空气阴极相平行，电池上盖扣合于电池壳体的开口端，所述电池上盖和散热翅片均由高导热且耐腐蚀性材料制成，且于所述电池上盖远离电池壳体一侧的外表面设置有散热翅片。
所述高导热且耐腐蚀性材料为镍、镀镍铜、镀镍铝、镀金铜、镀银铜、镀铬铜中的一种。
所述电池上盖为平板状结构，金属阳极的一端与电池上盖的内表面固接。
所述散热翅与电池上盖的连接方式为一体注塑、焊接、铆接、螺纹紧固中的一种。
所述散热翅片平行设置，所述散热翅片的厚度与相邻两片散热翅片间的距离的比为2:1～1：3。
所述金属阳极与电池上盖通过相对设置的快速接插件连接，或所述金属阳极与电池上盖通过螺纹紧固连接。
所述电池壳体与电池上盖通过卡扣或螺纹紧固方式连接。
与现有技术相比，本发明所述金属/空气电池具有以下优点：单电池自身通过由高导热且耐腐蚀材料制成的电池上盖散热，同时电池上盖上的散热翅片使得电池反应放出的热量直接从电池内部导出，进一步调高了电池的散热效果的同时有效避免了电池壳体内部集聚的热量对阴极、电池壳体的损坏，进一步提高了电池性能的同时增强了电池的可靠性和耐用性。
附图说明
图1 金属/空气电池单电池示意图
图2 金属/空气电池单电池示意图
图1-2中，1-散热翅片，2-电池上盖，3-金属阳极，4-电池壳体，5-空气阴极，6-卡槽。
图3 实施例1与对比例1中的锌/空气电池单电池放电性能曲线。
具体实施方式
实施例1：
铝/空气电池单体电池包括一电池上盖、一电池壳体、一片铝阳极和两片空气阴极，其中两片空气阴极安置于电池壳体的两相对侧，铝阳极与电池上盖固定后垂直插入电池壳体中，且保持与空气阴极相平行，所述电池上盖由镍材料制成，且所述电池上盖外表面均匀的设置有通过一体注塑成型方式与电池上盖连接的由镍材料制成的散热翅片。所述散热翅片的长度与电池上盖长度相等，为21mm，宽度为1mm，相邻两片散热翅片间的距离为2mm。所述散热翅片间平行设置且与电池上盖相垂直。所述铝阳极与电池上盖通过相对设置的插槽快速连接；所述电池壳体与电池上盖通过卡槽与密封线密封连接。铝/空气电池结构示意图如图1所示。
所述铝空气电池铝阳极尺寸为200mm×160mm×1mm，阴极尺寸为200mm×160mmmm，阴极催化剂为碳载银锰催化剂，载量为2-10mg/cm2；单体电池的极间距为4mm；电池工作过程中，采用一定浓度的KOH溶液为电解液，采用自然空气对流散热，在40W条件下恒功率放电1h后测量电池壳体温度为60℃，电池放电性能曲线如图3所示。
对比例1：
铝/空气电池单体电池结构与实施例1相同，不同之处在于上盖采用塑料制成且无散热翅片。铝/空气电池铝阳极与阴极组成及面积均与实施例1相同。
电池工作过程中，电解液与实施例1相同，在与实施例完全相同条件下恒功率放电1h后测量电池壳体温度为90℃，电池放电性能曲线如图3所示。从图3中可以看出，相同测试条件下，实施例中的电池放电电压明显高于对比例中的放电电压。

Claims (4)

1.一种金属/空气电池，包括一电池上盖、一电池壳体、一片金属阳极和两片空气阴极，电池壳体为上端开口的中空容器，其中两片空气阴极安置于电池壳体内，两片空气阴极相对平行设置，金属阳极插入电池壳体中，且保持金属阳极与空气阴极相平行，电池上盖扣合于电池壳体的开口端，其特征在于：所述电池上盖和散热翅片均由高导热且耐腐蚀性材料制成，且于所述电池上盖远离电池壳体一侧的外表面设置有散热翅片；所述高导热且耐腐蚀性材料为镍、镀镍铜、镀镍铝、镀金铜、镀银铜、镀铬铜中的一种；电池上盖为平板状结构，金属阳极的一端与电池上盖的内表面固接；所述金属阳极与电池上盖通过相对设置的快速接插件连接，或所述金属阳极与电池上盖通过螺纹紧固连接。
2.如权利要求1所述金属/空气电池，其特征在于：所述散热翅与电池上盖的连接方式为一体注塑、焊接、铆接、螺纹紧固中的一种。
3.如权利要求1所述金属/空气电池，其特征在于：所述散热翅片平行设置，所述散热翅片的厚度与相邻两片散热翅片间的距离的比为2:1～1：3。
4.如权利要求1所述金属/空气电池，其特征在于：所述电池壳体与电池上盖通过卡扣或螺纹紧固方式连接。
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