CN107768557A - 一种金属空气电池结构 - Google Patents
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Abstract
一种金属空气电池结构，包括电池下壳、电池上壳、空气电极、金属电极；两组所述空气电极安装于方形的所述电池下壳相对的两个镂空的侧面，两组所述金属电极安装于所述电池下壳内部且与所述空气电极平行；所述电池上壳安装于所述电池下壳镂空的顶面上，将所述金属电极封闭于所述电池下壳内。所述电池下壳内部设置有隔板将两组所述金属电极隔开；所述电池下壳内部设置有固定筋和限位槽，使所述金属电极只能在插入方向运动。本发明的金属空气电池对结构进行了优化，实现金属电极能够快速插拔更换，减少了繁琐操作；并且采用两组电极串联的方式提高了电池容量，延长使用寿命；而整个电池结构成本低廉，能够实现即用即抛无需维护。
Description
技术领域
本发明涉及金属燃料电池领域，更具体的说涉及一种金属空气电池结构。
背景技术
金属空气电池是以金属为燃料，与空气中的氧气发生氧化还原反应产生电能的一种特殊燃料电池。金属空气电池以活泼的金属作为阳极，具有安全、环保、能量密度高等诸多优点。目前已经取得研究进展的金属空气电池主要有铝空气电池、镁空气电池、锌空气电池、锂空气电池等。这几种类型的金属空气电池有的已经具备大规模量产的条件，有的还停留在实验室阶段，有的已经在电动汽车方面取得良好的应用成果，并即将大规模装载新能源车辆。而国内在金属空气电池的开发上起步慢，瓶颈多，技术尚不成熟。现有报道的以及市场中包括几所著名研究所研制的，关于金属燃料电池的产品中，均采用不更换阴极空气电极而更换阳极金属板的结构设计，不更换空气电极则需要中间不断清洗维护电池阴极，导致每次使用时限短，而且单独更换阳极金属板需拆解整个电池设备，操作繁琐，因此目前小型金属空气电池的用户体验比较差。此外，目前市场上的小型金属空气电池生产成本以及回收再利用的成本普遍较高，无法做到像干电池一样即用即抛，普及率低。
发明内容
针对现有技术的不足之处本发明提供一种金属空气电池结构，本发明的金属空气电池对结构进行了优化，实现金属电极能够快速插拔更换，减少了繁琐操作；并且采用两组电极串联的方式提高了电池容量，延长使用寿命；而整个电池结构成本低廉，能够实现即用即抛无需维护。
本发明的具体技术方案如下：一种金属空气电池结构，包括电池下壳、电池上壳、空气电极、金属电极；
两组所述空气电极安装于方形的所述电池下壳相对的两个镂空的侧面，两组所述金属电极安装于所述电池下壳内部且与所述空气电极平行；
所述电池上壳安装于所述电池下壳镂空的顶面上，将所述金属电极封闭于所述电池下壳内。
所述电池上壳拆卸后可对所述金属电极进行插拔式拆装，所述空气电极通过高频焊接焊接于所述电池下壳上，且焊缝处内部均涂玻璃胶做防水处理。
作为本发明的优选，所述电池下壳内部设置有隔板，两组所述金属电极之间通过所述隔板隔开；
所述电池下壳内部设置有固定筋和限位槽，所述固定筋设置于所述金属电极插入方向的前端，所述限位槽设置于所述金属电极插入方向的两侧边沿处。
通过设置所述隔板使所述隔板两侧的电极分别发生反应互不影响，提高电极的利用率；设置所述固定筋和所述限位槽使所述金属电极只能在插拔方向运动，安装上所述电池上壳后被固定无法移动；所述金属电极的周围能够留有空隙存放电解质包，电解质包为外包袋是PVA材质的水溶袋，内部电解质由氯化钠、氯化镁、氯化钾、氢氧化钾等盐碱类物质中的一种或者几种组合而成，当加水启动时，水溶袋遇水溶解，释放出内部氯化钠溶于水。
作为本发明的优选，所述空气电极与所述金属电极之间的距离为7mm~10mm；
所述空气电极边缘的任何一处均超出所述金属电极，且所述空气电极的表面面积比所述金属电极的表面面积大10%~30%。
所述空气电极与所述金属电极之间的距离设为7mm~10mm能够使电极之间的化学反应处于最佳状态，距离过远反应速度慢，距离过近反应速度太快且反应过程中产生的残渣容易堆积；所述空气电极的表面面积比所述金属电极的表面面积大10%~30%使所述金属电极的边缘处也能够完全参与化学反应，提高所述金属电极的利用率。
作为本发明的优选，所述电池上壳上设有加水口和出气口，所述加水口由橡胶塞堵住，所述出气口上安装有防水透气塞。
所述加水口橡胶塞拆下后用于加水启动电池工作；所述金属空气电池工作过程中会有析氢反应，通过安装所述防水透气塞能够排出氢气。
作为本发明的优选，所述空气电极外侧设置有挡板，所述挡板为田字形框架，内嵌安装于所述电池下壳的侧面。
设置所述挡板能够使所述金属空气电池受外力撞击时减小对所述空气电极的冲击。
作为本发明的优选，所述电池下壳外部安装有电池外套，所述电池外套贴合在所述电池下壳外部，且所述电池外套在所述电池上壳一侧以及与所述电池上壳相对的一侧镂空。
由此，所述电池外套覆盖在所述空气电极外侧，对所述空气电极起到保护作用。
作为本发明的优选，所述电池外套在所述空气电极的两个侧面存在密布的透气孔，所述透气孔组成的区域边缘任何一处均超出所述空气电极，且所述透气孔组成区域的面积比所述空气电极表面面积大10%~30%。
所述透气孔组成区域的面积比所述空气电极表面面积大10%~30%，使所述空气电极的边缘处也能够充分与空气发生作用。
作为本发明的优选，所述电池下壳与所述空气电极安装侧面相邻的两个侧面分别开有一个和两个接线穿孔，所述接线穿孔分别安装有不锈钢螺栓，开有两个所述接线穿孔一侧的两个所述不锈钢螺栓为平底螺栓。
作为本发明的优选，两个平底的所述不锈钢螺栓分别与所述隔板两侧的一个所述空气电极和一个所述金属电极通过导线连通，其中与所述空气电极连接的所述不锈钢螺栓用作正极，与所述金属电极连接的所述不锈钢螺栓用作负极；
另外一侧的一个所述不锈钢螺栓同时与剩下的一个所述空气电极和一个所述金属电极通过导线连通；由此，所述隔板两侧的电极串联了起来；
与所述空气电极连接的导线走所述电池下壳腔外，与所述金属电极连接的导线走所述电池下壳墙内，所述不锈钢螺栓与导线在所述电池下壳腔内裸露在外的金属部分均涂玻璃胶做防水处理。
作为本发明的优选，所述电池下壳、所述电池上壳、所述隔板、所述固定筋、所述限位槽材料均为聚四氟乙烯。
聚四氟乙烯具有良好的耐腐蚀性，与电解质液接触部分均采用聚四氟乙烯的材料能够使金属空气电池的结构不受析氢腐蚀作用影响；并且聚四氟乙烯材料成本低廉，容易注塑成型，适合大批量生产，能够做到像干电池一样即用即抛。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
本发明的金属空气电池对结构进行了优化，实现金属电极能够快速插拔更换，减少了繁琐操作；并且采用两组电极串联的方式提高了电池容量，延长使用寿命；而整个电池结构成本低廉，能够实现即用即抛无需维护。
附图说明
图1为本发明一实施例省略电极的三维爆炸图；
图2为本发明一实施例省略电极和电池外套的组装图；
图3为本发明一实施例电极的安装剖视图；
图中，1-电池下壳、1-1-隔板、1-2-固定筋、1-3-限位槽、1-4-接线穿孔、2-电池上壳、2-1-加水口、2-2-出气口、3-空气电极、4-金属电极、5-挡板、6-电池外套、6-1-透气孔、6-2-圆孔、7-不锈钢螺栓。
具体实施方式
下面将结合附图，通过具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1、图2、图3，一种金属空气电池结构，包括电池下壳1、电池上壳2、空气电极3、金属电极4；
两组空气电极3安装于方形的电池下壳1相对的两个镂空的侧面，两组金属电极4安装于电池下壳1内部且与空气电极3平行；
电池上壳2安装于电池下壳1镂空的顶面上，将金属电极4封闭于电池下壳1内。
电池上壳2拆卸后可对金属电极4进行插拔式拆装，空气电极3通过高频焊接焊接于电池下壳1上，且焊缝处内部均涂玻璃胶做防水处理。
如图1、图2、图3，电池下壳1内部设置有隔板1-1，两组金属电极4之间通过隔板1-1隔开；
电池下壳1内部设置有固定筋1-2和限位槽1-3，固定筋1-2设置于金属电极4插入方向的前端，限位槽1-3设置于金属电极4插入方向的两侧边沿处。
通过设置隔板1-1使隔板1-1两侧的电极分别发生反应互不影响，提高电极的利用率；设置固定筋1-2和限位槽1-3使金属电极4只能在插拔方向运动，安装上电池上壳2后被固定无法移动；金属电极4的周围能够留有空隙存放电解质包，电解质包为外包袋是PVA材质的水溶袋，内部电解质由氯化钠、氯化镁、氯化钾、氢氧化钾等盐碱类物质中的一种或者几种组合而成，当加水启动时，水溶袋遇水溶解，释放出内部氯化钠溶于水。
如图3，空气电极3与金属电极4之间的距离为7mm~10mm；
空气电极3边缘的任何一处均超出金属电极4，且空气电极3的表面面积比金属电极4的表面面积大10%~30%。
空气电极3与金属电极4之间的距离设为7mm~10mm能够使电极之间的化学反应处于最佳状态，距离过远反应速度慢，距离过近反应速度太快且反应过程中产生的残渣容易堆积；空气电极3的表面面积比金属电极4的表面面积大10%~30%使金属电极4的边缘处也能够完全参与化学反应，提高金属电极4的利用率。
如图1、图2，电池上壳2上设有加水口2-1和出气口2-2，加水口2-1由橡胶塞堵住，出气口2-2上安装有防水透气塞。
加水口2-1橡胶塞拆下后用于加水启动电池工作；金属空气电池工作过程中会有析氢反应，通过安装防水透气塞能够排出氢气。
如图1、图2，空气电极3外侧设置有挡板5，挡板5为田字形框架，内嵌安装于电池下壳1的侧面。
设置挡板5能够使金属空气电池受外力撞击时减小对空气电极3的冲击。
如图1，电池下壳1外部安装有电池外套6，电池外套6贴合在电池下壳1外部，且电池外套6在电池上壳2一侧以及与电池上壳2相对的一侧镂空。
由此，电池外套6覆盖在空气电极3外侧，对空气电极3起到保护作用。
如图1，电池外套6在空气电极3的两个侧面存在密布的透气孔6-1，透气孔6-1组成的区域边缘任何一处均超出空气电极3，且透气孔6-1组成区域的面积比空气电极3表面面积大10%~30%。
透气孔6-1组成区域的面积比空气电极3表面面积大10%~30%，使空气电极3的边缘处也能够充分与空气发生作用。
如图1、图2、图3，电池下壳1与空气电极3安装侧面相邻的两个侧面分别开有一个和两个接线穿孔1-4，接线穿孔1-4分别安装有不锈钢螺栓7，开有两个接线穿孔1-4一侧的两个不锈钢螺栓7为平底螺栓。
电池外套6在安装有平底螺栓处同样开有圆孔6-2供不锈钢螺栓7的平底面露出，两个不锈钢螺栓7接通正负极后与外部用电端的宝塔型弹簧配合使用。
如图3，两个平底的不锈钢螺栓7分别与隔板1-1两侧的一个空气电极3和一个金属电极4通过导线连通，其中与空气电极3连接的不锈钢螺栓7用作正极，与金属电极4连接的不锈钢螺栓7用作负极；
另外一侧的一个不锈钢螺栓7同时与剩下的一个空气电极3和一个金属电极4通过导线连通；由此，隔板1-1两侧的电极串联了起来；
与空气电极3连接的导线走电池下壳1腔外，与金属电极4连接的导线走电池下壳1墙内，不锈钢螺栓7与导线在电池下壳1腔内裸露在外的金属部分均涂玻璃胶做防水处理。
导线与不锈钢螺栓7连接处可用接线环过渡，导线与接线环连接后通过不锈钢螺栓7锁紧。
电池下壳1、电池上壳2、隔板1-1、固定筋1-2、限位槽1-3材料均为聚四氟乙烯。
聚四氟乙烯具有良好的耐腐蚀性，与电解质液接触部分均采用聚四氟乙烯的材料能够使金属空气电池的结构不受析氢腐蚀作用影响；并且聚四氟乙烯材料成本低廉，容易注塑成型，适合大批量生产，能够做到像干电池一样即用即抛。
上面所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。
Claims (10)
1.一种金属空气电池结构，其特征在于：包括电池下壳（1）、电池上壳（2）、空气电极（3）、金属电极（4）；
两组所述空气电极（3）安装于方形的所述电池下壳（1）相对的两个镂空的侧面，两组所述金属电极（4）安装于所述电池下壳（1）内部且与所述空气电极（3）平行；
所述电池上壳（2）安装于所述电池下壳（1）镂空的顶面上，将所述金属电极（4）封闭于所述电池下壳（1）内。
2.根据权利要求1所述的一种金属空气电池结构，其特征在于：所述电池下壳（1）内部设置有隔板（1-1），两组所述金属电极（4）之间通过所述隔板（1-1）隔开；
所述电池下壳（1）内部设置有固定筋（1-2）和限位槽（1-3），所述固定筋（1-2）设置于所述金属电极（4）插入方向的前端，所述限位槽（1-3）设置于所述金属电极（4）插入方向的两侧边沿处。
3.根据权利要求1所述的一种金属空气电池结构，其特征在于：所述空气电极（3）与所述金属电极（4）之间的距离为7mm~10mm；
所述空气电极（3）边缘的任何一处均超出所述金属电极（4），且所述空气电极（3）的表面面积比所述金属电极（4）的表面面积大10%~30%。
4.根据权利要求1所述的一种金属空气电池结构，其特征在于：所述电池上壳（2）上设有加水口（2-1）和出气口（2-2），所述加水口（2-1）由橡胶塞堵住，所述出气口（2-2）上安装有防水透气塞。
5.根据权利要求1所述的一种金属空气电池结构，其特征在于：所述空气电极（3）外侧设置有挡板（5），所述挡板（5）为田字形框架，内嵌安装于所述电池下壳（1）的侧面。
6.根据权利要求1所述的一种金属空气电池结构，其特征在于：所述电池下壳（1）外部安装有电池外套（6），所述电池外套（6）贴合在所述电池下壳（1）外部，且所述电池外套（6）在所述电池上壳（2）一侧以及与所述电池上壳（2）相对的一侧镂空。
7.根据权利要求6所述的一种金属空气电池结构，其特征在于：所述电池外套（6）在所述空气电极（3）的两个侧面存在密布的透气孔（6-1），所述透气孔（6-1）组成的区域边缘任何一处均超出所述空气电极（3），且所述透气孔（6-1）组成区域的面积比所述空气电极（3）表面面积大10%~30%。
8.根据权利要求1所述的一种金属空气电池结构，其特征在于：所述电池下壳（1）与所述空气电极（3）安装侧面相邻的两个侧面分别开有一个和两个接线穿孔（1-4），所述接线穿孔（1-4）分别安装有不锈钢螺栓（7），开有两个所述接线穿孔（1-4）一侧的两个所述不锈钢螺栓（7）为平底螺栓。
9.根据权利要求8所述的一种金属空气电池结构，其特征在于：两个平底的所述不锈钢螺栓（7）分别与所述隔板（1-1）两侧的一个所述空气电极（3）和一个所述金属电极（4）通过导线连通，其中与所述空气电极（3）连接的所述不锈钢螺栓（7）用作正极，与所述金属电极（4）连接的所述不锈钢螺栓（7）用作负极；
另外一侧的一个所述不锈钢螺栓（7）同时与剩下的一个所述空气电极（3）和一个所述金属电极（4）通过导线连通；
与所述空气电极（3）连接的导线走所述电池下壳（1）腔外，与所述金属电极（4）连接的导线走所述电池下壳（1）墙内，所述不锈钢螺栓（7）与导线在所述电池下壳（1）腔内裸露在外的金属部分均涂玻璃胶做防水处理。
10.根据权利要求1所述的一种金属空气电池结构，其特征在于：所述电池下壳（1）、所述电池上壳（2）、所述隔板（1-1）、所述固定筋（1-2）、所述限位槽（1-3）材料均为聚四氟乙烯。
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