CN105789737B - 一种金属/空气电池组 - Google Patents

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一种金属/空气电池组，其特征在于：包括2节以上的串联连接的单电池；所述单电池包括一中空的长方体单电池壳体、一片置于壳体内且垂直于单电池壳体底部的金属阳极、于金属阳极的左右两侧分别设置有与金属阳极平行的空气阴极，两片空气阴极置于壳体壁面上，由单电池壳体和空气阴极内部构成的电解液腔；于壳体内所述电解液腔底部设有一电解液隔板，电解液隔板与壳体前端内壁面、左右两端内壁面密闭连接，电解液隔板与壳体后端内壁面间留有空隙，所述电解液隔板将电解液腔分隔成一端相连通的电解液反应腔和电解液流通腔；所述电解液反应腔和电解液流通腔后端连通；于电解液反应腔和电解液流通腔连通处的远端、即壳体的前端的电解液流通腔的左右两侧壁面上分别相对设有注/排液孔，即注/排液孔位于电解液流通腔中两片空气阴极所处的壳体壁面上；所述2节以上的串联连接的单电池的注/排液孔依次串联密封连接，使整个电池组底部的电解液流通腔形成一注/排液连通通道。与现有技术相比，本发明所述金属/空气电池组具有电池组内单电池实现模块化、可快速更换；阳极通过快速接触件实现快速更换；电池组自身实现电解液注、排液管理，可连续稳定的长时间放电提高循环利用效率等优点。

Description

一种金属/空气电池组
技术领域
本发明涉及一种金属/空气电池组。具体地说是一种镁、铝、锌等单体电池可更换的金属/空气电池组。
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。
由上述镁/空气电池的工作过程可以看出，阳极的快速更换、反应产物的排出、电解液的快速注入是使金属/空气电池长时间持续稳定供电的重要因素。快速更换阳极的制约因素主要有反应后阳极形状改变，不易提取，且需保证集流的快速实现；传统金属/空气电池反应产物的排出主要将电池组上端倒置，排出电解液及反应产物，注液亦需对每个单电池逐一注液，注、排液过程繁琐、费时费力，严重影响电池使用效率。
由于单体金属/空气电池的工作电压只有1-1.5V，在遇到有较高额定电压的需求的用电设备时，多需将多个金属/空气单电池串联起来使用，以获得较高的输出电压，但固定式串联连接的金属/空气电池组不易于维护，且若单电池出现问题不易于更换，因此单电池可更换式串联连接的金属/空气电池组对于金属/空气电池的发展至关重要。
而用于便携式、车载式金属/空气电池由于经常处于随机振动、倾斜、冲击等环境，使电解液泄露、滴溅的可能性激增，而电解液的泄露不仅会使反应腔内反应环境恶化，更易造成集流处的腐蚀，严重时还可能造成电池组短路，所以金属/空气电池又要求密封良好才可满足用户使用要求，而将阳极导线伸出单电池外集流则很难实现密封。
发明内容
本发明针对现有金属/空气电池在上述使用、更换过程中的诸多问题，发明一种金属/空气电池组，电池组为单电池可快速更换式串联电池组，实现阳极快速更换、电池组注、排液一体化，实现单电池、电池组全密封使用，使电池组可连续稳定放电，提高电池组循环使用效率。
一种金属/空气电池组，包括2节以上的串联连接的单电池；所述单电池包括一中空的长方体单电池壳体、一片置于壳体内且垂直于单电池壳体底部的金属阳极、于金属阳极的左右两侧分别设置有与金属阳极平行的空气阴极，两片空气阴极置于壳体壁面上，由单电池壳体和空气阴极内部构成的电解液腔；于壳体内所述电解液腔底部设有一电解液隔板，电解液隔板与壳体前端内壁面、左右两端内壁面密闭连接，电解液隔板与壳体后端内壁面间留有空隙，所述电解液隔板将电解液腔分隔成一端相连通的电解液反应腔和电解液流通腔；所述电解液反应腔和电解液流通腔后端连通；于电解液反应腔和电解液流通腔连通处的远端、即壳体的前端的电解液流通腔的左右两侧壁面上分别相对设有注/排液孔，即注/排液孔位于电解液流通腔中两片空气阴极所处的壳体壁面上；所述2节以上的串联连接的单电池的注/排液孔依次串联密封连接，使整个电池组底部的电解液流通腔形成一注/排液连通通道。
此发明方案既可以实现电池组中各单电池的注/排液一体化，又可以将由于电解液连通造成的短路电流降低至可以忽略。
短路电流计算公式为：
式中，I—电流，A；
U—电压，V；
L—流道长度，即2倍隔板长度，m；
σ—电解液电导率，s/m；
S—流道截面积，m2；
所述电解液隔板前后方向的长度(米)与电解液流通腔横截面积(平方米)的数值比为1×106～9×107。隔板长度过短或电解液流通腔截面积过大，因电解液连通造成的短路电流过大，影响电池效率；隔板长度过长或电解液流通腔截面积过小，易造成电池组电解液加注和排出的时间过长。
所述单电池中两个相对设置的注/排液孔，其中一个为一底面带通孔的注/排液凹槽，另一个为一中部带通孔的注/排液凸起；所述注/排液凸起上具有密封圈；所述2节以上的单电池串联连接时，相邻两节单电池间通过一节单电池上的注/排液凹槽与另一节单电池上的注/排液凸起相互嵌套密封连接，使整个电池组底部形成一注/排液连通通道。
于单电池上设有贯穿壳体左右两端的通孔，通孔内穿套有2节以上的单电池紧固用的丝杆；所述注/排液连通通道通过一丝杆施力紧固注/排液凸起上密封圈与注排液凹槽的间隙实现相邻单电池间的密封连接。通过上述方式可实现单电池的快速更换而避免了因单电池损坏而导致整个电池组的失效。
所述单电池壳体上端开口，单电池包括单电池上盖，所述单电池上盖通过活页与卡扣扣合于单电池壳体开口端。
所述单电池上盖通过橡胶垫实现单电池密封。
所述单电池壳体上具有金属阳极集流件，所述金属阳极为可拆卸结构，所述金属阳极通过集流接触件与单电池壳体上的集流件连接。上述方式可以实现阳极的快速更换，同时保证单电池的密封。
所述注/排液连通通道一端具有一自闭式快速接头。
所述电池组两端具有端板A和端板B，所述电池组端部一侧通过端板A密封，另一侧通过端板B密封，且端板B与所述闭式快速接头连接。
所述空气阴极远离金属阳极侧与大气相连通。
与现有技术相比，本发明所述金属/空气电池组具有以下优点：
(1)电池组内单电池实现模块化，且活性连接可快速更换损坏的单电池；
(2)阳极通过集流接触件实现快速更换；
(3)阳极集流装置置于单电池壳内，且通过橡胶垫实现单电池的全密封；
(4)电池组自身实现电解液注、排液管理，可连续稳定的长时间放电提高循环利用效率。
附图说明
图1金属/空气电池单电池结构示意图
图2金属/空气电池单电池内部视图
图3金属/空气电池单电池结构反向示意图
图4金属/空气电池电池组结构示意图
图5实施例1与对比例1中的锌/空气电池组放电性能曲线。
图中，1-单电池壳体，2-单电池上盖，3-电解液隔板，4-空气阴极，5-注/排液凹槽，6-电池组固定孔，7-集流接触件，8-锌阳极，9-电解液流通腔，10-密封圈，11-注/排液凸起，12-单电池，13-锌阳极集流件，14-电池组端板A，15-电池组端板B，16-注/排液用自闭式快速接头，17-橡胶垫，18-活页，19-卡扣，20-电解液反应腔，21-注/排液孔，22-电解液腔，23-丝杆。
具体实施方式
实施例1：
图1-4为实施例1中的一种锌/空气电池组中锌/空气单体电池及电池组的结构示意图。
锌空气电池组由6节单电池串联连接而成。锌/空气电池单电池包括一单电池壳体1、一片垂直于单电池壳体底部的锌阳极8、两片置于电池壳体1相对两侧且与锌阳极8平行的空气阴极4和由单电池壳体1、锌阳极8及空气阴极4构成的电解液腔22；所述电解液腔22底部具有一电解液隔板3，所述电解液隔板3将电解液腔22分隔成一端相连通电解液反应腔20和电解液流通腔9；所述电解液反应腔20和电解液流通腔9一端连通；所述注/排液孔21位于电解液反应腔20和电解液流通腔9连通处的远端、电解液流通腔9中两片空气阴极4所处的壳体壁面上；所述2节以上的串联连接的单电池12的注/排液孔21串联密封连接，使整个电池组底部实现注/排液连通通道。
所述单电池中两个相对设置的注/排液孔21，其中一个为一注/排液凹槽5，另一个为一注/排液凸起11；所述注/排液凸起11上具有密封圈10；所述6节单电池串联连接时，相邻两节单电池间通过一节单电池上的注/排液凹槽5与另一节单电池上的注/排液凸起11密封连接，使整个电池组底部实现注/排液连通通道。
所述注/排液连通通道为通过一丝杆23施力紧固注/排液凸起11上密封圈10与注排液凹槽5的间隙实现密封连接。
所述单电池包括单电池上盖2，所述单电池上盖通过卡扣19扣合于单电池壳体1上端。
所述单电池上盖通过橡胶垫17实现单电池密封。
所述单电池壳体上具有锌阳极集流件13，所述锌阳极8为可拆卸结构，所述锌阳极通过集流接触件7与单电池壳体上的锌阳极集流件13连接。
所述注/排液连通通道一端具有一自闭式快速接头16。
电池组两端具有端板A14和端板B15，所述电池组端部一侧通过端板A14密封，另一侧通过端板B15密封，且端板B15与所述闭式快速接头16连接。
所述锌空气电池锌阳极尺寸为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2mm；电池工作过程中，采用3M的KOH溶液为电解液，采用强制空气对流散热，在90W条件下恒功率放电1h，电池放电性能曲线如图5所示。
采用短路电流计算公式计算的实施例1中的短路电流为3mA。
对比例1：
锌/空气电池单体电池结构与实施例1相同，不同之处在于单电池底部无电解液隔板、无注/排液孔，电池组中单电池间无联通。锌/空气电池锌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，电池放电性能曲线如图5所示。
从对比例和实施例的放电性能曲线可以看出，本发明所述锌空气电池组的结构在实现电解液注/排液一体化的情况下，电池组的性能并没有因为可能存在的短路电流而受到影响，即本发明所述电解液的连通结构并没有造成有实质性影响的短路电流。

Claims (10)

1.一种金属/空气电池组，其特征在于：包括2节以上的串联连接的单电池；所述单电池包括一中空的长方体单电池壳体、一片置于壳体内且垂直于单电池壳体底部的金属阳极、于金属阳极的左右两侧分别设置有与金属阳极平行的空气阴极，两片空气阴极置于壳体壁面上，由单电池壳体和空气阴极内部构成的电解液腔；
于壳体内所述电解液腔底部设有一电解液隔板，电解液隔板与壳体前端内壁面、左右两端内壁面密闭连接，电解液隔板与壳体后端内壁面间留有空隙，所述电解液隔板将电解液腔分隔成一端相连通的电解液反应腔和电解液流通腔；所述电解液反应腔和电解液流通腔后端连通；
于电解液反应腔和电解液流通腔连通处的远端、即壳体的前端的电解液流通腔的左右两侧壁面上分别相对设有注、排液一体化孔，即注、排液一体化孔位于电解液流通腔中两片空气阴极所处的壳体壁面上；所述2节以上的串联连接的单电池的注、排液一体化孔依次串联密封连接，使整个电池组底部的电解液流通腔形成一注/排液连通通道。
2.如权利要求1所述金属/空气电池组，其特征在于：所述电解液隔板前后方向的长度(米)与电解液流通腔横截面积(平方米)的数值比为1×106～9×107。
3.如权利要求1所述金属/空气电池组，其特征在于：所述单电池中两个相对设置的注、排液一体化孔，其中一个为一底面带通孔的注/排液凹槽，另一个为一中部带通孔的注/排液凸起；所述注/排液凸起上具有密封圈；所述2节以上的单电池串联连接时，相邻两节单电池间通过一节单电池上的注/排液凹槽与另一节单电池上的注/排液凸起相互嵌套密封连接，使整个电池组底部形成一注/排液连通通道。
4.如权利要求3所述金属/空气电池组，其特征在于：于单电池上设有贯穿壳体左右两端的通孔，通孔内穿套有2节以上的单电池紧固用的丝杆；所述注/排液连通通道通过一丝杆施力紧固注/排液凸起上密封圈与注排液凹槽的间隙实现相邻单电池间的密封连接。
5.如权利要求1所述金属/空气电池组，其特征在于：所述单电池壳体上端开口，单电池包括单电池上盖，所述单电池上盖通过活页与卡扣扣合于单电池壳体开口端。
6.如权利要求5所述金属/空气电池组，其特征在于：所述单电池上盖通过橡胶垫实现单电池密封。
7.如权利要求1所述金属/空气电池组，其特征在于：所述单电池壳体上具有金属阳极集流件，所述金属阳极为可拆卸结构，所述金属阳极通过集流接触件与单电池壳体上的集流件连接。
8.如权利要求1所述金属/空气电池组，其特征在于：所述注/排液连通通道一端具有一自闭式快速接头。
9.如权利要求8所述金属/空气电池组，其特征在于：电池组两端具有端板A和端板B，所述电池组端部一侧通过端板A密封，另一侧通过端板B密封，且端板B与所述闭式快速接头连接。
10.如权利要求1所述金属/空气电池组，其特征在于：空气阴极远离金属阳极侧与大气相连通。
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Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2554724A (en) * 2016-10-06 2018-04-11 Ford Global Tech Llc Metal-air battery for a vehicle
CN108172948B (zh) * 2016-12-07 2021-02-09 中国科学院大连化学物理研究所 一种金属/空气电池系统
CN108232368B (zh) * 2016-12-15 2021-09-07 中国科学院大连化学物理研究所 一种金属/空气电池系统
CN107453011A (zh) * 2017-07-20 2017-12-08 东莞市中航华讯卫星技术有限公司 一种大功率金属空气电池快装机构
CN107658419B (zh) * 2017-08-04 2024-04-30 苏州讴德新能源发展有限公司 一种底部开放并循环电解液的电池
CN107618417A (zh) * 2017-09-20 2018-01-23 东莞恒量新能源科技有限公司 一种运载电源用的机车及其使用方法
CN107611305A (zh) * 2017-09-20 2018-01-19 东莞恒量新能源科技有限公司 一种运载电源的电动车及其使用方法
CN107482282A (zh) * 2017-09-20 2017-12-15 深圳美能动力科技有限公司南京分公司 一种运载电源的机车及其使用方法
CN108321468A (zh) * 2018-02-12 2018-07-24 北京颐源新能源科技有限公司 一种增程式车用金属空气电池系统及其控制方法
CN108281721B (zh) * 2018-02-24 2020-07-07 安徽权璟新材料科技有限公司 一种组合式连电池组均衡管理系统
CN109004318A (zh) * 2018-07-30 2018-12-14 上海交通大学 可分离式的铝空气电池装置
CN109449544B (zh) * 2018-11-06 2024-05-10 广东工业大学 一种铝空气电池系统和控制方法
CN111326832B (zh) * 2018-12-14 2021-03-12 中国科学院大连化学物理研究所 一种金属/空气电池组
CN112490541B (zh) * 2020-11-27 2022-02-11 唐山海港经济开发区北京理工大学机械与车辆学院转化研究中心 一种金属空气燃料电池系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5650241A (en) * 1994-09-09 1997-07-22 Mcgee; Richard L. Metal-air cell battery
CN102780054A (zh) * 2012-07-23 2012-11-14 浙江星源动力科技有限公司 金属空气燃料电池组
CN103165962A (zh) * 2012-12-21 2013-06-19 中国科学院大连化学物理研究所 一种金属空气电池及电堆
CN103515675A (zh) * 2012-06-29 2014-01-15 中国科学院大连化学物理研究所 一种电解液间歇循环式金属/空气电池系统

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101343416B1 (ko) * 2011-11-28 2013-12-20 국방과학연구소 연료전지 및 이를 구비하는 연료전지 시스템

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5650241A (en) * 1994-09-09 1997-07-22 Mcgee; Richard L. Metal-air cell battery
CN103515675A (zh) * 2012-06-29 2014-01-15 中国科学院大连化学物理研究所 一种电解液间歇循环式金属/空气电池系统
CN102780054A (zh) * 2012-07-23 2012-11-14 浙江星源动力科技有限公司 金属空气燃料电池组
CN103165962A (zh) * 2012-12-21 2013-06-19 中国科学院大连化学物理研究所 一种金属空气电池及电堆

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