CN107482281B - 金属空气电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种金属空气电池，包括多个空气电极板(3)、与空气电极板(3)个数相同的金属电极板(2)和装有电解液的罐体(8)，罐体(8)的侧壁上开有个数与空气电极板(3)个数相同的板孔(81)，各空气电极板(3)一一对应地安装于并覆盖各板孔(81)，各金属电极板(2)设置在罐体(8)的内部，各金属电极板(2)的位置与各空气电极板(3)的位置一一对应，且每个金属电极板(2)的板面与相应的空气电极板(3)的板面正对。本发明提高了金属空气电池单体的输出电压，而且相较于多个电池单体形成的电池组，体积较小，整体性好，携带方便，并且避免了传统的利用升压电路提高输出电压转化率较低的问题。
Description
技术领域
本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种金属空气电池。
背景技术
金属空气电池是一种半燃料电池，它是以具有反应活性的锂、镁、铝、锌等金属为负极活性物质，空气中的氧气作为正极活性物质，氧气通过气体扩散电极(简称空气电极)到达气-液-固三相界面与金属活性物质反应而放出电能的电池产品。金属空气电池具有较高的能量密度，其容量大、比能量高、工作电压平稳、使用寿命长、使用时安全可靠、原材料丰富并可再生利用、价格低廉等强大的竞争优势，具有广阔的市场应用前景，其既可用于救灾、抢险及野外等应急照明和通讯方面，又可用作电动自行车、电动汽车的动力电池。
目前，单体金属空气电池输出的电压一般都较低。例如，镁空气电池是采用镁金属作为负极活性物质，空气电极作为正极，中性水溶液作为电解液的金属空气电池，镁空气电池单体电压为1.5V左右。由于镁空气电池单体电压较低，要想直接满足日常电子设备的充电需求需通过升压电路实现，而升压电路的转换效率通常较低；也可以通过多个电池单体串并联形成电池组以提高输出电压，但形成电池组尺寸较大，携带麻烦。
有鉴于此，有必要提供一种金属空气电池，以解决利用现有方式提高金属空气电池输出电压所产生的问题。
发明内容
本发明针对利用现有方式提高金属空气电池输出电压所产生的技术问题是提供一种金属空气电池，该金属空气电池作为电池单体不但输出电压高于传统的金属空气电池单体，而且相较于多个电池单体形成的电池组，体积较小，整体性好，携带方便。
为了实现上述目的，本发明提供一种金属空气电池，所述金属空气电池包括多个空气电极板、与所述空气电极板个数相同的金属电极板和装有电解液的罐体，所述罐体的侧壁上开有个数与所述空气电极板个数相同的板孔，各所述空气电极板一一对应地安装于并覆盖各所述板孔，各所述金属电极板设置在所述罐体的内部，各所述金属电极板的位置与各所述空气电极板的位置一一对应，且每个所述金属电极板的板面与相应的空气电极板的板面正对。
优选地，所述板孔沿所述罐体周向分布。
优选地，所述罐体为中空正棱柱，各所述板孔与所述罐体的各所述侧壁一一对应的设置。
优选地，所述罐体为中空的正三棱柱。
优选地，所述金属电极板和/或空气电极板为中部向所述罐体外侧突出的弧形板。
优选地，所述罐体为圆柱形筒体，各所述空气电极板和/或各所述金属电极板为与所述罐体同轴的弧形板。
优选地，所述金属空气电池还包括内部布置有控制电路的顶盖，各所述空气电极板上均设置有延伸至所述罐体的端口处的极耳，在所述顶盖上设置有多个与控制电路连接的触点，以使所述顶盖与所述罐体的端口连接时各所述极耳与各所述触点一一对应的接触。
优选地，所述极耳包括在所述罐体的端口处向所述罐体内侧弯折的接触部，以使所述顶盖与所述罐体的端口连接时所述接触部顶面与相应的所述触点接触。
优选地，在所述罐体的外部设置有护板，所述护板覆盖所述空气电极板且与所述空气电极板之间留有供空气流通的缝隙，在所述护板外沿设置有供空气进出所述缝隙的开口。
优选地，所述金属空气电池还包括内部布置有控制电路的顶盖和安装在所述顶盖上用于连通所述金属电极板和所述控制电路的插接件，所述插接件的顶端与所述控制电路连接、底端与所述金属电极板可拆卸式地连接。
通过该金属空气电池提高了金属空气电池单体的输出电压，而且相较于多个电池单体形成的电池组，体积较小，整体性好，携带方便，并且避免了传统的利用升压电路提高输出电压转化率较低的问题。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明所述的金属空气电池的一种实施例的立体示意图；
图2是本发明所述的金属空气电池的一种实施例的爆炸图。
附图标记说明
1-顶盖 11-拎手
12-顶盖底封 13-插筒
14-触点 2-金属电极板
3-空气电极板 31-极耳
311-接触部 4-护板
41-支脚 42-间隙
43-通孔 5-插接件
6-导光带 7-底盖
8-罐体 81-板孔
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指参考附图所示的上、下、左、右；“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外。
参照图1和2所示，一种金属空气电池，所述金属空气电池包括多个空气电极板3、与所述空气电极板3个数相同的金属电极板2和装有电解液的罐体8，所述罐体8的侧壁上开有个数与所述空气电极板3个数相同的板孔81，各所述空气电极板3一一对应地安装于并覆盖各所述板孔81，各所述金属电极板2设置在所述罐体8的内部，各所述金属电极板2的位置与各所述空气电极板3的位置一一对应，且每个所述金属电极板2的板面与相应的空气电极板3的板面正对。
电解液可为中性水溶液，即可为普通盐水、海水、饮料、甚至尿液等，金属电极板2可为镁合金板。该金属空气电池相当于将多个传统的仅包括一个空气电极和一个金属电极的金属空气电池单体集成于一个金属空气电池中，增加了金属空气电池单体的输出电压，相较于将多个电池单体串并联以增加输出电压的方式占据空间更小，更便于携带，并且避免了通过升压电路提高输出电压所造成的转换效率较低的问题；将空气电极和金属电极设计成板状，则增加了电解液与空气电极板和金属电极板的接触面积，有利于促进金属空气电池中放电反应的发生，提高了电池的放电性能；而使空气电极板与金属电极板正对且一一对应，则使进入电解液的空气在短时间内最大范围的直接作用在金属电极板上，进一步提高了电池内部的反应效率，提高了放电性能。该金属空气电池可以作为贮备电源或便携电源使用，应用于家庭日常贮备、户外旅游、应急救灾、野外作业等场合。
罐体8的形状以及罐体8上板孔的分布形式可以有多种，可根据安装环境具体设计，优选地，所述板孔81沿所述罐体8周向分布。传统的存储或安装电池的空间通常为类似于筒状的空间，将板孔81以周向的形式布置在罐体8上，进而使空气电极板3以及金属电极板2可周向布置，在使罐体8能够适用于更多安装和存放空间的同时，使罐体8的外壁及内部空间得到有效利用，保证电池一定体积下的输出电压被最大化。
罐体8的一种优选形状为，所述罐体8为中空正棱柱，各所述板孔81与所述罐体8的各所述侧壁一一对应的设置。进一步地，所述罐体8为中空的正三棱柱。
为增大金属电极板2和/或空气电极板3与电解液接触的面积，进一步优选地，所述金属电极板2和/或空气电极板3为中部向所述罐体8外侧突出的弧形板。所述弧形板至少可以两种形式向罐体8外侧突出，一种为弧形板在罐体8轴向上的中部向罐体8外侧突出；另一种为弧形板在罐体8的周向上的中部向罐体8外侧突出。
罐体8的另一种优选形状为，所述罐体8为圆柱形筒体，各所述空气电极板3和/或各所述金属电极板2为与所述罐体8同轴的弧形板。
此处要说明的是，因为金属电极板2为单独的板体结构，所以相邻的金属电极板2之间是留有缝隙的，该缝隙可以保证电解液和空气的流通，进一步提高电池的反应率以及放电性能。
为适应特殊的安装环境，例如安装空间狭窄的环境，罐体8也可设置为中空的板状结构，罐体8的端口设置在板状结构的端面上，板孔81分布在板状结构的板面上，各金属电极板2可均布在一个板状载体后插入罐体8内或直接依次插入罐体8内。总之，罐体8的形状结构可根据需要做多种设计。
为使金属空气电池所占空间被有效利用，以及顺利将电能输出，优选地，所述金属空气电池还包括内部布置有控制电路的顶盖1，各所述空气电极板3上均设置有延伸至所述罐体8的端口处的极耳31，在所述顶盖1上设置有多个与控制电路连接的触点14，以使所述顶盖1与所述罐体8的端口连接时各所述极耳31与各所述触点14一一对应的接触。当顶盖1与罐体8连接时，电解液和金属电极板2就被密封在罐体8内部。在顶盖1上还安装有拎手11、LED灯和USB接口等结构。在罐体8底部通常安装有底盖7。顶盖1与罐体8之间为旋转密封，例如利用螺纹连接或者通过旋转方式卡接的结构。触点14可为弹针，极耳31可焊接在空气电极板3上。
为使极耳31与触点14接触效果更加理想，进一步优选地，所述极耳31包括在所述罐体8的端口处向所述罐体8内侧弯折的接触部311，以使所述顶盖1与所述罐体8的端口连接时所述接触部311顶面与相应的所述触点14接触。将接触部311设计成向罐体8内侧弯折，增大了触点14与接触部311接触的面积，避免了由于各种原因导致的触点14与接触部311之间分离进而使供电中断的问题。接触部311的最优选择为片状，其两侧板面分别面向顶盖1和罐体8。
由于空气电极板3需要空气中的氧气进入罐体8内部，所以空气电极板3需与空气接触，但在电池取放和安装的过程中，常会与周围环境发生碰撞，所以为避免空气电极板3在碰撞过程中损坏，并保证空气电极板3与空气良好接触，优选地，在所述罐体8的外部设置有护板4，所述护板4覆盖所述空气电极板3且与所述空气电极板3之间留有供空气流通的缝隙，在所述护板4外沿设置有供空气进出所述缝隙的开口。在空气电极板3外部覆盖护板常常造成空气电极板3外侧空气无法流通，当护板紧贴空气电极板3时，更会使空气就无法与空气电极板3接触。通过在护板4与空气电极板3之间留适当缝隙，且通过开口使空气在缝隙内流通，使空气电极板3能够与空气有效接触，在空气电极板3得到有效保护的情况下使电池能够正常使用。护板4两侧设置有能与罐体8外壁可拆卸连接并垂直护板4延伸的支脚41，可拆卸的形式使护板4和/或空气电极板3拆装更换更加方便。支脚41具有一定长度，保证了护板4与空气电极板3之间具有一定缝隙，相邻支脚41之间的间隙42则形成供空气进出缝隙的开口的一种形式。护板4上还可以开若干通孔43作为开口的另一种形式，该开口可开在护板4靠近罐体8底部处，通孔43的延伸方向最好与护板4形成一定倾斜夹角，以避免杆状物垂直护板4进入通孔43破坏空气电极板3，同时更利于空气的流通。在相邻两个护板4之间还安装有利用顶盖上的LED灯进行导光的导光带6，导光带6一般可由亚克力板或PC板材等制成。
为使金属电极板2可随时更换，以及能够与控制电路连接，优选地，所述金属空气电池还包括内部布置有控制电路的顶盖1和安装在所述顶盖1上用于连通所述金属电极板2和所述控制电路的插接件5，所述插接件5的顶端与所述控制电路连接、底端与所述金属电极板2可拆卸式地连接。插接件5包括内部的金属件和包裹在金属件外部的由耐腐蚀材料制成的结构部，金属件两端分别连接控制电路和金属电极板2。插接件5与金属电极板2的连接可为插接件5夹持金属电极板2，或者金属电极板2与所述金属件接触并粘接在结构部上，或其他便于金属电极板2拆装的结构。插接件5也可以设计为可拆卸地安装在顶盖1上。在顶盖底封12上安装有竖向延伸的插筒13，插筒13靠近顶盖1一端设置有与控制电路连接的触点，插接件5顶部插入相应插筒13内且金属件与触点接触，在插筒13底端设有卡口，在插接件5的结构部两侧设有与卡口卡接的卡块，卡口与卡块配合实现插接件5与插筒13的可拆卸。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (9)
1.一种金属空气电池，其特征在于，所述金属空气电池包括多个空气电极板(3)、与所述空气电极板(3)个数相同的金属电极板(2)和装有电解液的罐体(8)，所述罐体(8)的侧壁上开有个数与所述空气电极板(3)个数相同的板孔(81)，各所述空气电极板(3)一一对应地安装于并覆盖各所述板孔(81)，各所述金属电极板(2)设置在所述罐体(8)的内部，各所述金属电极板(2)的位置与各所述空气电极板(3)的位置一一对应，且每个所述金属电极板(2)的板面与相应的空气电极板(3)的板面正对，其中，所述金属空气电池还包括内部布置有控制电路的顶盖(1)，各所述空气电极板(3)上均设置有延伸至所述罐体(8)的端口处的极耳(31)，在所述顶盖(1)上设置有多个与控制电路连接的触点(14)，以使所述顶盖(1)与所述罐体(8)的端口连接时各所述极耳(31)与各所述触点(14)一一对应的接触。
2.根据权利要求1所述的金属空气电池，其特征在于，所述板孔(81)沿所述罐体(8)周向分布。
3.根据权利要求2所述的金属空气电池，其特征在于，所述罐体(8)为中空正棱柱，各所述板孔(81)与所述罐体(8)的各所述侧壁一一对应的设置。
4.根据权利要求3所述的金属空气电池，其特征在于，所述罐体(8)为中空的正三棱柱。
5.根据权利要求3所述的金属空气电池，其特征在于，所述金属电极板(2)和/或空气电极板(3)为中部向所述罐体(8)外侧突出的弧形板。
6.根据权利要求2所述的金属空气电池，其特征在于，所述罐体(8)为圆柱形筒体，各所述空气电极板(3)和/或各所述金属电极板(2)为与所述罐体(8)同轴的弧形板。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的金属空气电池，其特征在于，所述极耳(31)包括在所述罐体(8)的端口处向所述罐体(8)内侧弯折的接触部(311)，以使所述顶盖(1)与所述罐体(8)的端口连接时所述接触部(311)顶面与相应的所述触点(14)接触。
8.根据权利要求1-6任意一项所述的金属空气电池，其特征在于，在所述罐体(8)的外部设置有护板(4)，所述护板(4)覆盖所述空气电极板(3)且与所述空气电极板(3)之间留有供空气流通的缝隙，在所述护板(4)外沿设置有供空气进出所述缝隙的开口。
9.根据权利要求1-6任意一项所述的金属空气电池，其特征在于，所述金属空气电池还包括内部布置有控制电路的顶盖(1)和安装在所述顶盖(1)上用于连通所述金属电极板(2)和所述控制电路的插接件(5)，所述插接件(5)的顶端与所述控制电路连接、底端与所述金属电极板(2)可拆卸式地连接。
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