CN107611525B - 大功率中性电解液金属 - 空气电池系统及其使用方法 - Google Patents

Abstract

一种大功率中性电解液金属‑空气电池系统及其使用方法。该电池系统是由两个或多个串联或并联的基本电池单元、电解液过滤箱、循环泵、控制阀、电解液输入分配器、电解液排出总管、排水阀、电解液溢流总管、控制电路、控制器和连接管道等组成。基本电池单元由反应箱、阳极、阴极、电解液及阴极汇流排、阳极汇流排组成，反应箱两侧设有电解液输入口、电解液排出口、电解液溢流排气口。电解液为中性液体，如盐水、海水等。各基本电池单元的电解液相互连通，无需电解液隔离器。本发明适用于较大功率的用电要求，在阳极消耗完之后可更换阳极重复使用、可安全免维护的长期存放、启动使用简单、可随时切断负载、对环境无污染、反应沉淀物可回收循环利用的特点。

Description

大功率中性电解液金属 - 空气电池系统及其使用方法

技术领域

本发明涉及直接将化学能转化为电能的装置，尤其涉及以水溶液为电解质的金属燃料电池，特别是涉及用金属 - 空气电池输出大功率电能的装置。

背景技术

金属 - 空气电池是一种新型高能化学电源，它以镁铝基合金为负极，空气电极为正极、中性水溶液为电解液，电池运行过程中通过消耗镁铝合金负极和空气中的氧对外输出电能。金属 - 空气电池不需充电，电池运行过程中可通过更新消耗的镁铝合金负极材料使电池持续运行，故也称为金属燃料电池。中性金属 - 空气电池以盐水或海水为电解液。

其它可循环电解液的金属 - 空气电池大都使用强碱或酸性电解液。为了防止电解液互相联通短路漏电，都设计了复杂且不可靠的进液分割室和出液分割室。

如专利文件：大功率铝- 空气电池系统 （申请号201210102835.9）中的技术方案中需要有分割室，经出液管流出的电解液先被各电极室的分割室内的、旋转着的进液分割室电解液切割器斩断后流入进液分割室、再经进液管流进电池反应室内，再由溢流槽流入汇流区，经汇流管流出的电解液被旋转着的出液切割器斩断之后流入出液区；经出液管流入液流配置室。这样做的话，一是因为分割室结构复杂，可靠性低，二是因为电解液使用后会变得粘稠，导致切割器不能正常旋转，需要清洗。

发明内容

本发明提出一种大功率中性电解液金属 - 空气电池系统，具体方案如下：

大功率中性电解液金属 - 空气电池系统，包括至少两个基本电池单元；其特征在于，所述基本电池单元的上方设置有用于将电解液输入的分配器；所述分配器与多个联通管相连，所述联通管一侧与所述分配器相连，另一侧与所述基本电池单元底部的电解液输入口相连；所述基本电池单元上方设置有溢流管，所述溢流管将电解液汇入电池组两侧的溢流总管，电解液通过溢流总管相互联通，最终直接排入循环过滤箱；所述基本电池单元下方还设置有排出管，所述各排出管将电解液和反应残留物排出至电池组两侧的排出总管，电解液通过排出总管相互联通，最终排入循环过滤箱。

本发明采用以上技术方案，其优点在于，解决了现有技术金属 - 空气电池反应沉淀物难以清除、电池组中基本电池单元间电解液液流之间需要隔离以防短路、断开负载后电池极板温度急剧升高烧蚀阳极板、电池内部清洗困难等问题。各基本电池单元的电解液通过进水管、电解液排出总管、电解液溢流总管相互连通，无需电解液隔离器（电解液分割室、电解液分隔室等）。电池系统的输出为直流电。

优选的，所述基本电池单元包括反应箱，所述电解液放置于反应箱内。

优选的，所述多个基本电池单元组成电池组，所述电池组的一侧设置有循环过滤箱，所述循环过滤箱内设置有用于过滤电解液的过滤器和提供动力的循环泵。

优选的，所述溢流总管与所述循环过滤箱相连；所述反应箱的上方设置有电解液溢流排气口，经由的电解液通过电解液溢流总管流入循环过滤箱，反应后产生的少量氢气经由溢流排气口排出。

优选的，所述循环过滤箱与所述排出总管相连，所述电解液排出总管与循环过滤箱之间设置有用于控制的排水阀。

本发明进一步采用以上技术方案，其特征在于，所述两个排水阀可同时开启，也可以交替开启。所述电池组可经受负载数秒的瞬间输出短路，且不会造成电池损坏。输出电压过低时，控制电路会自动切断输出。

优选的，所述反应箱的两侧设有阴极及汇流条；阴极与阴极汇流条连接；反应箱的上盖连接插入反应箱内的阳极和阳极汇流条；阳极通过金属连接件与阳极汇流条相互连接。

本发明进一步采用以上技术方案，其优点在于，位于基本电池单元外侧的阴极汇流条与位于电池顶部的阳极汇流条组成电能输出端，基本电池单元串或并连接后组成电池组对外供电。阳极通过金属连接件与阳极汇流条相互联通。基本电池单元中的阳极用完后可通过更换新的阳极恢复电池的功能。所述基本电池单元在工作过程中产生的少量氢气经由所述反应箱的溢流排气管向外排出。所述形成电解液的盐、水可分别长期存放，存放期间无需人工维护、充电。在需要用电时将盐水混合灌入反应箱即可产生电能，控制电路控制循环水泵和排水阀的操作。

优选的，所述电解液采用盐水或者海水。

电解液为中性液体，如盐水、海水等。其中，中性电解液采用清洁的淡水，如自来水与食用盐配置成水溶液，在海洋中使用可直接采用海水。

优选的，所述反应箱设置有反应沉淀物排出口，所述反应箱通过电解液排出总管直接互相联通并排出电解液。

本发明还提供了该空气电池的使用方法，包括以下步骤：

步骤A:在循环泵的驱动下，将预过滤的电解液泵入电解液输入分配器，然后分别流入每个基本电池单元的反应箱，根据电解液的温度控制排水阀的开关，将反应箱中的高温电解液和反应残留物排出到过滤箱；

步骤B:启动循环泵通过进水管将电解液泵入反应箱，控制反应箱的水位，在所有反应箱水位都达到工作水位后，启动电池系统的排水阀将反应过程中产生的反应残留物连同电解液通过电解液排出总管导出到过滤箱，通过注入新的电解液保持反应箱内的电解液总量和温度基本稳定。

本发明进一步采用以上技术方案，所述电池系统可间歇工作，电池阳极和阴极电极之间的电解液在其间歇工作期间无需排出存放，关闭控制阀，停止循环泵即可。在额定功率范围内电池可跟随负载的变化随时调节输出功率。在长时间不使用时才需要排空反应箱的电解液、用清水清洗反应箱。所述电池组可随时断开负载，断开负载后电池组立即停止输出电能，且不会造成电池过热。

本发明的有益效果是：本发明适用于较大功率的用电要求，如一个电池组可连续稳定的输出千瓦级的电能。具有安全可靠、可连续工作、可扩展、成本低、无噪音、无高温、无燃爆危险、无电磁辐射、在阳极消耗完之后可更换阳极重复使用、安装与使用不受空间环境限制、全天候工作、可安全免维护的长期存放、启动使用简单、可随时切断负载、对环境无污染、反应沉淀物可回收循环利用的特点。

附图说明

图1 是本发明的大功率中性电解液金属-空气电池系统的优选实施例正面示意图。

图2 是本发明一种实施例的电池系统背面的示意图。

图3 是本发明一种实施例的电池系统的侧面示意图。

图4是本发明一种实施例的电池系统基本电池单元的示意图。

图5 是本发明一种实施例的电池系统基本电池单元的剖面示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明：

实施例1

一种大功率中性电解液金属 - 空气电池系统。该电池系统是由两个或多个（串联或并联的）基本电池单元20、电解液过滤箱10、循环泵102、控制阀111、电解液输入分配器112、电解液排出总管114、排水阀117、电解液溢流总管116、控制电路12、控制器和连接管道等组成。基本电池单元由反应箱200、阳极203、阴极201、电解液及阴极汇流排202、阳极汇流排204组成，反应箱两侧设有电解液输入口207、电解液排出口206、电解液溢流排气口208。

实施例2

大功率中性电解液金属 - 空气电池系统中，金属 - 空气电池至少是由两个、彼此以电串联或者电并联连接的基本电池单元20组成电池组11。该电池组11运行时，打开控制阀111，位于循环过滤箱10内的循环泵102将过滤后的电解液泵入电池组11。电池组11上方设置电解液输入分配器112，电解液输入分配器112通过电解液输入联通管113将电解液分别送入各反应箱200的电解液输入口207。输入反应箱200内多余的电解液，通过反应箱200上部的电解液溢流排气口208经由电解液溢流管118排出到电解液溢流总管117。各反应箱200溢出的电解液通过电解液溢流总管117流入循环过滤箱10。各反应箱200内的电解液和反应物经由电解液排出口206通过电解液排出管115排出到电解液排出总管114，由控制电路板12控制打开或关闭排水阀116将汇入电解液排出总管114的电解液和反应物排出到循环过滤箱10，防止反应物在反应箱200内部的堆积。流入循环过滤箱10内的电解液和反应物经过沉淀，通过过滤器101过滤继续循环使用。位于基本电池单元20外侧的阴极汇流条202与位于电池顶部的阳极汇流条204组成电能输出端，基本电池单元20串或并连接后组成电池组11对外供电。阳极203通过金属连接件205与阳极汇流条204相互联通。

实施例3

该空气电池的使用方法，包括以下步骤：

步骤A: 打开控制阀111，在循环泵102的驱动下，将预过滤的电解液泵入电解液输入分配器112，然后分别流入每个基本电池单元20的反应箱200，根据电解液的温度控制排水阀116的开关，将反应箱200中的高温电解液和反应残留物排出到过滤箱10；

步骤B:启动循环泵102通过进水管将电解液泵入反应箱200，控制反应箱200的水位，在所有反应箱200水位都达到工作水位后，启动电池系统的排水阀116将反应过程中产生的反应残留物连同电解液通过电解液排出总管114导出到过滤箱10。通过注入新的电解液保持反应箱内的电解液总量和温度基本稳定。

电池系统的输出为直流电，可直接连接负载，也可由DC/DC或DC/AC转换器转成负载所需要的电压输出。

电解液为中性液体，如盐水、海水等。各基本电池单元的电解液相互连通，无需电解液隔离器。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种大功率中性电解液金属 - 空气电池系统，包括至少两个基本电池单元；其特征在于，所述基本电池单元的上方设置有用于将电解液输入的分配器；所述分配器与多个联通管相连，所述联通管一侧与所述分配器相连，另一侧与所述基本电池单元底部的电解液输入口相连；所述基本电池单元上方设置有溢流管，所述溢流管将电解液汇入电池组两侧的溢流总管，电解液通过溢流总管相互联通，最终直接排入循环过滤箱；所述基本电池单元下方还设置有排出管，所述各排出管将电解液和反应残留物排出至电池组两侧的排出总管，电解液通过排出总管相互联通，最终排入循环过滤箱；所述多个基本电池单元组成电池组，所述电池组的一侧设置有循环过滤箱，所述循环过滤箱内设置有用于过滤电解液的过滤器和为电解液循环提供动力的循环泵；所述基本电池单元的外侧设置有阴极汇流条，所述电池顶部设置有阳极汇流条；所述反应箱的两侧设有阴极及汇流条；阴极与阴极汇流条连接；反应箱的上盖连接插入反应箱内的阳极和阳极汇流条；阳极通过金属连接件与阳极汇流条连接；所述基本电池单元包括反应箱，所述电解液放置于反应箱内；所述溢流总管与所述循环过滤箱相连；所述反应箱的上方设置有电解液溢流排气口，经由的电解液通过电解液溢流总管流入循环过滤箱。

2.如权利要求1所述的大功率中性电解液金属 - 空气电池系统，其特征在于，所述循环过滤箱与所述排出总管相连，所述电解液排出总管与循环过滤箱之间设置有用于控制的排水阀。

3.如权利要求1所述的大功率中性电解液金属 - 空气电池系统，其特征在于，所述电解液采用盐水或者海水中性电解液。

4.一种如权利要求1所述的大功率中性电解液金属 - 空气电池系统的使用方法，其特征在于，包括以下几个步骤：步骤A:将预过滤的电解液流入电解液输入分配器，然后分别流入所述反应箱，将反应箱中的电解液和反应残留物排出到过滤箱；

步骤B:将电解液流入反应箱，控制反应箱的水位，在所有反应箱水位都达到工作水位后，将反应过程中产生的反应残留物连同电解液导出至过滤箱。

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