CN107317069A - 一种金属空气电池 - Google Patents

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Abstract

一种金属空气电池，包括外壳、金属板阳极，在外壳内装有电解液，其特征在于：阴极为空气电极，其材料为带有管孔的金属孔板，管孔的进气口低，出气口高，形成一定的斜度，便于气泡流动；在空气电极的外侧设置有发泡装置，发泡装置发出气泡吹向金属管孔的进气口，在空气电极靠近金属板阳极的内侧设置有消泡槽。本发明电极极化现象大大降低，电池内阻也大大降低；没有薄膜电极的微孔，不会发生反应沉淀物堵塞微孔，阻塞空气进入反应区的情况。不可能发生薄膜电极“出汗”的渗液的现象，电极寿命显著提高。与薄膜电极相比，制作工艺相对较简单。

Description

一种金属空气电池
技术领域
本发明涉及一种电池，特别是一种金属空气电池。
背景技术
目前，由于铝空气电池、锌空气电池等金属电池在能量储存、安全性、经济性方面的巨大优势，越来越受到广泛的关注和重视。各个国家的研究机构在电池的材料、结构等方面取得了相当大的进展，通过合金化处理，阳极材料的利用率目前已达到95％，材料的成本也大大降低。金属空气电池的阴极普遍采用薄膜电极，它是一种防水透气的薄膜，由防水透气层、催化剂层、导电集流层组成，厚度一般在0.1毫米左右。由于表面张力的作用，电解液在其中微孔壁形成液膜，该液膜是薄膜电极的反应区。由于液体表面张力的作用，电解液不会从薄膜的微孔流出，同时微孔起到了透气的作用，也即防水透气。该种薄膜电极在工作初期效果较好，但电极工作一段时间后，由于电解液在微孔里及附近流动性较差，电极反应产生的离子会在反应区附近产生富集，从而导致电极极化，电极效率下降，电池内阻很快增大。此外，由于电解液中的絮状反应沉淀物会堵塞薄膜电极微孔，导致透气性下降，电极效率也会因此大大下降。薄膜电极的另一个缺点是，长时间使用会产生“出汗”的渗液情况，电池反应效率和寿命受到很大影响。薄膜电极的工艺较复杂、造价也较高。以上情况是致使金属空气电池作为动力电池距离实际应用还具有较大的差距的重要原因。
本发明主要在金属空气电池的工作模式及结构等方面做出改进，与目前的金属空气电池具有完全不同的工作模式和结构。目的是降低电池的内阻，提高电池阴极的效率和使用寿命。
发明内容
本发明的目的是提供能够克服现有技术上述缺陷的一种金属空气电池。
本发明的目的是这样实现的：一种金属空气电池，包括外壳、金属板阳极，在外壳内装有电解液，其特征在于：阴极为空气电极，其材料为带有管孔的金属孔板，管孔的进气口低，出气口高，形成一定的斜度，便于气泡流动；在空气电极的外侧设置有发泡装置，发泡装置发出气泡吹向金属管孔的进气口，在空气电极靠近金属板阳极的内侧设置有消泡槽。
本发明的目的还可以下述方式实现：发泡装置由空气进气管、气液混合阀和气泡槽组成，进入的空气由气液混合阀变成泡沫状混合物后通过气泡槽进入空气电极的金属板管孔内。
空气电极的管孔内表面作为集流层，材料由金属、碳粉模压或碳布构成，集流层上喷涂催化剂涂层。
空气电极采用金属方管或圆管堆砌胶粘而成。
消泡槽内设置有机械针点刺用于刺泡破泡。
金属板阳极为铝合金板。
电解液为氢氧化钾或氢氧化钠溶液。
本发明具有以下积极的有益的效果：
本发明的电池结构及工作原理与以往的金属空气电池不同，故能避免了现有技术的的缺点。具体说明如下：
1)电极反应区域为对液流无阻碍区域，电解液与气泡混合流动将电极反应产生的离子较快带离电极附近区域，因此电极极化现象大大降低，电池内阻也大大降低；而薄膜电极的微孔中，电解液流动性很差，反应离子很容易富集，电极极化现象容易产生。
2)没有薄膜电极的微孔，不会发生反应沉淀物堵塞微孔，阻塞空气进入反应区的情况。
3)由于工作方法、方式不同，没有薄膜组件，不可能发生薄膜电极“出汗”的渗液的现象，电极寿命显著提高。
4)与薄膜电极相比，制作工艺相对较简单。
附图说明
图1本发明金属空气电池结构及运行示意图
图2a空气电极材料结构示意图
图2b为图2a剖面图
图3a消泡槽结构示意图
图3b为图3a剖面图
图4a气泡槽结构示意图
图4b为图4a剖面图
具体实施方式
附图标记：外壳1，电解液2，进气管3，气液混合阀4，气泡槽5，空气电极6，消泡槽7，金属板阳极8，负载9。
本发明一种金属空气电池，包括外壳1、金属板阳极8，在外壳1内装有电解液2，其特征在于：阴极为空气电极6，其材料为带有管孔的金属孔板，管孔的进气口低，出气口高，形成一定的斜度，便于气泡流动；在空气电极6的外侧设置有发泡装置，发泡装置发出气泡吹向金属管孔的进气口，在空气电极6靠近金属板阳极8的内侧设置有消泡槽7。
发泡装置由空气进气管3、气液混合阀4和气泡槽5组成，进入的空气由气液混合阀4变成泡沫状混合物后通过气泡槽5进入空气电极6的金属板管孔内。
空气电极6的管孔内表面作为集流层，材料由金属、碳粉模压或碳布构成，集流层上喷涂催化剂涂层。
空气电极6采用金属方管或圆管堆砌胶粘而成。
消泡槽7内设置有机械针点刺用于刺泡破泡。
金属板阳极8为铝合金板。
电解液2为氢氧化钾或氢氧化钠溶液。
制备高效气体电极时必须满足的电极反应条件是：电极表面覆盖气体容易到达而又与整体溶液连通较好的薄液膜，使得液膜中含有大量的溶解氧，同时反应产物离子又容易转移。
为此本发明采用一种新型电池结构及空气电极，其具有如下与以往金属电池完全不同的工作方式：
采用发泡装置(如图1中空气进气管3、气液混合阀4、气泡槽5)，将电解液2与气体充分混合，形成泡沫状气夜混合物；
从气泡槽5中将泡沫状气夜混合物送入孔道状电极(如图1中空气电极6)中，气泡外壁与在电极孔壁贴合，形成电极反应液膜，产生电流；
随着气泡不断产生，气泡在电极孔中缓慢移动，气泡从电极的另一个孔口溢出，将反应产物(OH-)带走，气泡在图1消泡槽7中除泡(除泡采用机械针点刺泡分层设置气体收集槽的方式，同时排气不完全也不会影响电池效率，因为在电解液进入另一端的气液混合阀时会加入新鲜空气保证氧气充分，以致会形成一种循环平衡)。液体电解液从消泡槽中的小孔流出，送到阳极使用，形成一个完整的循环；
参见图1，本发明设计了如下的电池结构及气体电极结构和工作原理。图1只显示电池组中的一组，整个电池有多组构成，串联起来。以铝空气电池为例：
电池阴极模组的结构，从右至左分别为：气液混合阀4、气泡槽5、空气电极6、消泡槽7等组成，(电极采用金属方管或圆管堆砌胶粘(不锈钢)而成，作为导电集流基材，结构如图2所示，金属管孔可供气泡通过，孔的进气口低，出气口高形成一定的角度，便于气泡流动)，管孔内表面喷涂导电防腐涂层和催化剂层。(未来工业化生产可采用以石墨粉为基材，一次模压成型，表面喷涂催化剂层的结构。具有更好的耐久性)。阳极为铝合金板；电解液氢氧化钾或氢氧化钠溶液等碱性电解液。

Claims (10)

1.一种金属空气电池，包括外壳(1)、金属板阳极(8)，在外壳(1)内装有电解液(2)，其特征在于：阴极为空气电极(6)，其材料为带有管孔的金属孔板，管孔的进气口低，出气口高，形成一定的斜度，便于气泡流动；在空气电极(6)的外侧设置有发泡装置，发泡装置发出气泡吹向金属管孔的进气口，在空气电极(6)靠近金属板阳极(8)的内侧设置有消泡槽(7)。
2.根据权利要求1所述的金属空气电池，其特征在于：发泡装置由空气进气管(3)、气液混合阀(4)和气泡槽(5)组成，进入的空气由气液混合阀(4)变成泡沫状混合物后通过气泡槽(5)进入空气电极(6)的金属板管孔内。
3.根据权利要求1所述的金属空气电池，其特征在于：空气电极(6)的管孔内表面作为集流层，材料由金属、碳粉模压或碳布构成，集流层上喷涂催化剂涂层。
4.根据权利要求1、2或3所述的金属空气电池，其特征在于：空气电极(6)采用金属方管或圆管堆砌胶粘而成。
5.根据权利要求1、2或3所述的金属空气电池，其特征在于：消泡槽(7)内设置有机械针点刺用于刺泡破泡。
6.根据权利要求4所述的金属空气电池，其特征在于：消泡槽(7)内设置有机械针点刺用于刺泡破泡。
7.根据权利要求4所述的金属空气电池，其特征在于：金属板阳极(8)为铝合金板。
8.根据权利要求5所述的金属空气电池，其特征在于：金属板阳极(8)为铝合金板。
9.根据权利要求4所述的金属空气电池，其特征在于：电解液(2)为氢氧化钾或氢氧化钠溶液。
10.根据权利要求5所述的金属空气电池，其特征在于：电解液(2)为氢氧化钾或氢氧化钠溶液。
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