CN105914430B - 一种电解液立式循环锌空电池组 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电解液立式循环锌空电池组，包括箱体、顶板、锌极支撑架、锌阳极板、锌极导电片、阳极接线柱、空气阴极板、空气极导电片和阴极接线柱。锌阳极板和空气阴极板与水平面呈大于0°且小于180°的夹角放置，改善了电极摆放方式所造成的产生电流强度不足的缺陷。同时锌阳极板和空气阴极板均采用可拆卸的形式，使后期维修、更换及拆卸更加简便。锌阳极板与空气阴极板之间存在一定缝隙，当电解液水平液面的高度超过锌阳极板的高度后，电解液由于重力作用沿缝隙以类似瀑布的形式落下。电解液下落过程中，接触锌阳极板和空气阴极板，电池随即放电。这样提高了电池组空间利用率，产生更大的电流强度。
Description
技术领域
本发明属于电池组组装领域，具体涉及一种电解液立式循环锌空电池组。
背景技术
锌空电池以其高能量、高功率密度、安全性和经济性，成为近年来的研究热点。相比于锂电池，锌空电池具有更高的能量，更低的价格，从而成为未来最有价值的动力电池。然而，由于现有的锌空电池组的限制，使锌空电池的放电电流密度达不到市场应用的要求。朱梅在文章《锌空气电池中空气电极摆放方式的研究》中采用改变空气电极的摆放方式以及优化电解液循环的方式改善电池性能。例如，对空气电极卧式和立式摆放进行实验后发现，立式摆放所产生的最大电流密度是卧式摆放的三倍有余。再有，电解液的浓度和温度也会影响电极极片的导电率，当电池组放电时，发热、电解液溶质变少等问题不可避免。因此，如何设计电池组结构使电极的摆放形式能够产生较大的电流密度，如何将电池组内的热量排除或者有计划地利用，以及怎样及时快速补充电解液，成为锌空电池发展必须解决的问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种电解液立式循环锌空电池组。该电池组中锌阳极板和空气阴极板的放置方式，改善了电极摆放方式所造成的产生电流强度不足的缺陷。锌阳极板与空气阴极板之间存在一定缝隙，当电解液水平液面的高度超过锌阳极板的高度后，电解液由于重力作用沿缝隙以类似瀑布的形式落下。电解液下落过程中，接触锌阳极板和空气阴极板，电池随即放电。
本发明解决所述技术问题的技术方案是，提供一种电解液立式循环锌空电池组，其特征在于所述电池组包括箱体、顶板、锌极支撑架、锌阳极板、锌极导电片、阳极接线柱、空气阴极板、空气极导电片和阴极接线柱；
所述箱体和顶板密封连接，形成电池组的主体部分；所述锌极支撑架为上端开口、底端封闭、两侧板与水平面呈大于0°且小于180°夹角的结构，锌极支撑架的外侧壁与箱体的内侧壁密封连接，锌极支撑架的底部和顶部与箱体之间均具有缝隙；每个锌极支撑架之间不接触；箱体的侧壁底部开有电解液回流孔，开孔位置位于锌极支撑架的封闭端内部；所述箱体侧壁底部开有电解液入口；所述锌阳极板安装在锌极支撑架的侧板内侧，锌极导电片安装在锌阳极板的一端，将所有锌阳极板串联；所述顶板开有空气口；所述空气阴极板安装在顶板上，位于空气口外侧和锌极支撑架的内部，空气阴极板与锌阳极板之间有缝隙；所述空气极导电片安装在空气阴极板一端，将所有空气阴极板串联；所述阳极接线柱安装在顶板的通孔中，一端与锌极导电片连接；所述阴极接线柱安装在顶板的通孔中，一端与空气极导电片连接。
与现有技术相比，本发明有益效果在于：
(1)锌阳极板和空气阴极板与水平面呈大于0°且小于180°的夹角，改善了电极摆放方式所造成的产生电流强度不足的缺陷。同时锌阳极板和空气阴极板均采用可拆卸的形式，使后期维修、更换及拆卸更加简便。
(2)锌阳极板与空气阴极板之间存在一定缝隙，当电解液水平液面的高度超过锌阳极板的高度后，电解液由于重力作用沿缝隙以类似瀑布的形式落下。电解液下落过程中，接触锌阳极板和空气阴极板，电池随即放电。这样提高了电池组空间利用率，产生更大的电流强度。
(3)电解液入口和电解液回流孔的使用实现了电解液在电池组内外部之间的循环，不仅改善了电池组在反应过程中发热和电解液稀释的缺陷，而且调节了电解液的温度和浓度，使锌空电池组能够持续稳定的产生电能。
(4)能够通过调节空气口的开闭或者电解液液面高低，达到控制电池组启停的效果。
附图说明
图1是本发明电解液立式循环锌空电池组实施例1的整体结构轴测示意图；
图2是本发明电解液立式循环锌空电池组沿图1中的A-A方向的剖视结构示意图；
图3是本发明电解液立式循环锌空电池组实施例1的箱体轴测示意图；
图4是本发明电解液立式循环锌空电池组沿图3中的B-B方向的剖视结构示意图；
图5是本发明电解液立式循环锌空电池组实施例1的顶板和空气阴极板的轴测示意图；
图6是本发明电解液立式循环锌空电池组图5的局部放大示意图；
图7是本发明电解液立式循环锌空电池组实施例1的电解液循环形式示意图；(图中：1、箱体；2、顶板；3、电解液入口；4、锌极支撑架；5、电解液回流孔；6、锌阳极板；7、锌极导电片；8、阳极接线柱；9、空气口；10、空气阴极板；11、空气极导电片；12、阴极接线柱；13、电解液导入管；14、电解液回流管；)
具体实施方式
下面给出本发明的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本发明，不限制本申请权利要求的保护范围。
实施例1
一种电解液立式循环锌空电池组(参见图1-7，简称电池组)，包括箱体1、顶板2、锌极支撑架4、锌阳极板6、锌极导电片7、阳极接线柱8、空气阴极板10、空气极导电片11和阴极接线柱12；
所述箱体1和顶板2密封连接，形成电池组的主体部分；所述锌极支撑架4为U型结构，上端开口、下端封闭、两侧板竖直放置；锌极支撑架4的外侧壁与箱体1的内侧壁密封连接，锌极支撑架4的底部和顶部与箱体1之间均具有缝隙；每个锌极支撑架4之间不接触；箱体1的侧壁底部开有电解液回流孔5，开孔位置位于锌极支撑架4的U型结构的封闭端内部，作用是通过电解液回流管14将锌极支撑架4内侧的电解液导出到电池组外环境；所述箱体1侧壁底部开有电解液入口3，外部电解液通过电解液导入管13和电解液入口3流入电池组内部；所述锌阳极板6安装在锌极支撑架4的U型结构的侧板内侧，锌极导电片7安装在锌阳极板6的一端，将所有锌阳极板6串联；所述顶板2开有空气口9，使空气能够进入电池组内部；所述空气阴极板10安装在顶板2上，位于空气口9外侧和锌极支撑架4的内部，空气阴极板10与锌阳极板6之间有缝隙，用于电解液流入；所述空气极导电片11安装在空气阴极板10一端，将所有空气阴极板10串联；所述阳极接线柱8安装在顶板2的通孔中，一端与锌极导电片7连接，作用是集合锌极导电片7所产生的电流，将正极电流导出至箱体外部，以供使用；所述阴极接线柱12安装在顶板2的通孔中，一端与空气极导电片11连接，作用是集合空气极导电片11所产生的电流，将阴极电流导出至箱体外部，以供使用；
空气口的数量、锌极支撑架的数量和电解液回流孔的数量相同；锌阳极板的数量是锌极支撑架的数量的两倍，空气阴极板的数量是锌极支撑架的数量的两倍。
实施例2
一种电解液立式循环锌空电池组(简称电池组)，包括箱体1、顶板2、锌极支撑架4、锌阳极板6、锌极导电片7、阳极接线柱8、空气阴极板10、空气极导电片11和阴极接线柱12；
所述箱体1和顶板2密封连接，形成电池组的主体部分；所述锌极支撑架4为V型结构，上端开口、下端封闭、两侧板与水平面呈45°夹角；锌极支撑架4的外侧壁与箱体1的内侧壁密封连接，锌极支撑架4的底部和顶部与箱体1之间均具有缝隙；每个锌极支撑架4之间不接触；箱体1的侧壁底部开有电解液回流孔5，开孔位置位于锌极支撑架4的V型结构的封闭端内部，作用是通过电解液回流管14将锌极支撑架4内侧的电解液导出到电池组外环境；所述箱体1侧壁底部开有电解液入口3，外部电解液通过电解液导入管13和电解液入口3流入电池组内部；所述锌阳极板6安装在锌极支撑架4的V型结构的单侧侧板内侧，锌极导电片7安装在锌阳极板6的一端，将所有锌阳极板6串联；所述顶板2开有空气口9，使空气能够进入电池组内部；所述空气阴极板10安装在顶板2上，位于锌极支撑架4的内部、空气口9单侧外侧，空气阴极板10与锌阳极板6之间有缝隙，用于电解液流入；所述空气极导电片11安装在空气阴极板10一端，将所有空气阴极板10串联；所述阳极接线柱8安装在顶板2的通孔中，一端与锌极导电片7连接，作用是集合锌极导电片7所产生的电流，将正极电流导出至箱体外部，以供使用；所述阴极接线柱12安装在顶板2的通孔中，一端与空气极导电片11连接，作用是集合空气极导电片11所产生的电流，将阴极电流导出至箱体外部，以供使用；
空气口的数量、锌极支撑架的数量、锌阳极板的数量、空气阴极板的数量和电解液回流孔的数量相同。
所述锌空电池组内部材料，除锌阳极板和空气阴极板外，均使用不会与电解液反应的材料。
本发明电解液立式循环锌空电池组的工作原理和工作流程是：
安装方式：将锌阳极板6安装于锌极支撑架4上，空气阴极板10安装在顶板2上。锌阳极板6与锌极导电片7相连导电，锌极导电片7与阳极接线柱8相连。空气阴极板10与空气极导电片11相连导电，空气极导电片11与阴极接线柱12相连。最后，将箱体1和顶板2经过密封处理后组合安装，形成电池组主体部分。
工作流程：电池组工作前期，外部泵体将电解液通过电解液导入管13导入箱体1中，由于锌极支撑架4的两侧板与水平面呈大于0°且小于180°的夹角放置，所以此时电解液不会直接进入锌极支撑架4内部，电解液液面会逐步上升至与锌极支撑架4上端高度相同。当电解液液面高度超过锌极支撑架4上端高度时，电解液就会受重力作用，由锌阳极板6与空气阴极板10之间的缝隙流下，如同“瀑布”形式，电解液由上而下流入锌极支撑架4内部。电解液在锌阳极板6与空气阴极板10之间的缝隙流过的期间，电池开始工作，电池所产生的电流，通过锌极导电片7和空气极导电片11集合起来，经过各自接线柱导出。电解液经过缝隙后到达锌极支撑架4的底部，由电解液回流孔5经电解液回流管14导出，回流至外部泵体部分。
本发明在使用过程中使得电池组停止放电的方式有两种，一是关闭顶板2上空气口9，使得两个均位于同一个锌极支撑架4内部的空气阴极板10之间的空隙与外界空气隔绝；二是控制电解液的液面高低，即电池组内部电解液液面高度低于锌极支撑架4顶部，电解液不能流入锌极支撑架4内部，从而使电池组停止放电。
本发明未述及之处适用于现有技术。
Claims (3)
1.一种电解液立式循环锌空电池组，其特征在于所述电池组包括箱体、顶板、锌极支撑架、锌阳极板、锌极导电片、阳极接线柱、空气阴极板、空气极导电片和阴极接线柱；
所述箱体和顶板密封连接，形成电池组的主体部分；所述锌极支撑架为上端开口、底端封闭、两侧板与水平面呈大于0°且小于180°夹角的结构，锌极支撑架的两侧板的两端与箱体的内侧壁密封连接，锌极支撑架的底部和顶部与箱体之间均具有缝隙；每个锌极支撑架之间不接触；箱体的侧壁底部开有电解液回流孔，开孔位置位于锌极支撑架的封闭端内部；所述箱体侧壁底部开有电解液入口；所述锌阳极板安装在锌极支撑架的侧板内侧，锌极导电片安装在锌阳极板的一端，将所有锌阳极板串联；所述顶板开有空气口；所述空气阴极板安装在顶板上，位于空气口外侧和锌极支撑架的内部，空气阴极板与锌阳极板之间有缝隙；所述空气极导电片安装在空气阴极板一端，将所有空气阴极板串联；所述阳极接线柱安装在顶板的通孔中，一端与锌极导电片连接；所述阴极接线柱安装在顶板的通孔中，一端与空气极导电片连接。
2.根据权利要求1所述的电解液立式循环锌空电池组，其特征在于空气口的数量大于等于锌极支撑架的数量；电解液回流孔的数量大于等于锌极支撑架的数量；锌阳极板的数量大于等于锌极支撑架的数量，空气阴极板的数量大于等于锌极支撑架的数量。
3.根据权利要求1所述的电解液立式循环锌空电池组，其特征在于所述锌极支撑架为上端开口、底端封闭、两侧板与水平面呈90°夹角的结构。
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