CN108172949B - 一种金属/空气电池系统 - Google Patents

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    • H01M12/04—Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of the fuel-cell type and of a half-cell of the primary-cell type
    • H01M12/06—Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of the fuel-cell type and of a half-cell of the primary-cell type with one metallic and one gaseous electrode

Abstract

本发明提供一种金属/空气电池系统，包括设置有电解液注液口和出液口的金属/空气电池组、液泵、储液单元；所述液泵的进液口与储液单元相连，所述液泵的出液口与金属/空气电池组的电解液注液口相连；所述金属/空气电池组的电解液出液口与储液单元相连，形成闭合回路，所述储液单元上设置有散热部件。所述储液单元为一容器,所述散热部件包括N组以上的散热翅片组，N为大于等于1的自然数，所述每一散热翅片组均由连接于容器外壁面上的1个散热翅片中或2个以上平行、间隔排列的散热翅片间构成平行排列。所述固定连接为所述散热翅片的一端与储液单元外壁固定为一体，另一端与其固定的储液单元外壁表面呈10‑90度角。

Description

一种金属/空气电池系统
技术领域
本发明涉及金属/空气电池系统，具体涉及一种储液单元具有散热功能的金属/空气电池系统。
背景技术
金属/空气电池是一种采用金属(如镁、铝、锌等)为阳极燃料，空气中氧气作为氧化剂，碱液作为电解质溶液的电化学反应装置。我国镁、铝、锌等金属储量丰富、且价格低廉，因此金属/空气电池在我国通讯电源、野外应急电源、照明电源及储备电源等可移动电源的诸多领域具有广阔的应用前景。
在金属/空气电池中，由于内部的不可逆性和欧姆极化等产生的化学反应热，50％左右的能量耗散为热量，这一部分热量使电池温度迅速上升，严重时导致电池电解液蒸发过快，造成电池反应面积减小，甚至造成阴极破坏。所以以铝/空气电池为例，大功率的系统多需采用循环电解液的方式来降低电池组的温度，系统需配置换热器来降低电解液温度，并且由于循环过程所需电解液量较大，系统需配备单独的储液桶来存储电解液，换热器和储液桶的体积占系统的近三分之二，同时由于铝/空气电池一般采用高浓度碱液作为电解质，所以对换热器的耐腐蚀性有很高的要求，使得换热器的加工成本很高，而为换热器单独配置的多个风机又显著增加系统功耗。
发明内容
本发明针对现有金属/空气电池系统在上述换热器带来体积大、重量重、成本高的问题，发明了一种储液单元具有散热功能的金属/空气电池系统，充分利用储液单元的散热能力，实现金属/空气电池系统中电池组的良好散热，降低系统体积、重量和成本，使其具有更优的实用化性能。
一种金属/空气电池系统，包括设置有电解液注液口和出液口的金属/空气电池组、液泵、储液单元；所述液泵的进液口与储液单元相连，所述液泵的出液口与金属/空气电池组的电解液注液口相连；所述金属/空气电池组的电解液出液口与储液单元相连，形成闭合回路，所述储液单元上设置有散热部件。
所述储液单元为一容器,所述散热部件包括N组以上的散热翅片组，N为大于等于1的自然数，所述每一散热翅片组均由连接于容器外壁面上的1个散热翅片或2个以上平行、间隔排列的散热翅片构成。所述散热翅片与所述储液单元的壁面的连接方式为固定连接或可动连接。
所述固定连接为所述散热翅片的一端与储液单元外壁固定为一体，另一端与其固定的储液单元外壁表面呈10-90度角；所述可动连接为所述散热翅片的一端与储液单元外壁通过转动、滑动、滚动中的一种或两种以上连接，另一端通过转动，滑动、滚动中的一种或两种以上与储液单元外壁表面形成翻折、旋转、伸展等变动形式，并呈水平方向或竖直方向的30-90度角，或通过上述方式中的一种或两种以上与储液单元形成折叠、回缩，使其紧贴于储液单元的外壁表面，或内置于储液单元的凹形空间内，节省运输、贮存时空间体积。
例如，金属空气电池系统贮存时，所述散热翅片贴合于储液单元侧壁，电池系统工作时，散热翅片伸展开，一侧紧贴于储液单元侧壁，另一侧垂直于侧壁，紧密排列，增加储液单元的散热面积，降低储液单元到环境的热阻，从而提高散热能力；
所述散热翅片的一端与储液单元壁面的固定连接方式为焊接、粘接、铆接、胀紧连接、销连接、过盈连接；
所述散热翅片的一端与储液单元壁面可以是一体的，注塑、机加工方式中的一种；
所述散热翅片与储液单元的翅化比为1-100。
所述储液单元为具有电解液回收口、电解液流出口和电解液更换口的密闭腔体，所述腔体外壁面具有贯穿腔体相邻或相对两个端面的凹槽结构、凸形结构或具有贯穿于腔体内部的贯穿孔道中的一种或两种；所述凹槽结构、凸形结构和/或贯穿孔道形成用于储液单元散热的一条以上的空气流道。
所述空气流道为通过合理布局引入紊流，增大对流换热系数从而提高储液单元的散热能力；所述合理布局结构为一个或多个S型、阶梯型，迷宫类等类似结构的空气流道。
所述储液单元为耐碱且导热系数高的金属、金属合金或具有非金属衬里的其他金属及金属合金。
所述金属包括钪、钛、钒、铬、钴、镍、钇、锆、铌、铪、钽、铂、金中的一种或两种以上；所述金属合金包括不锈钢(奥氏体、奥氏体-铁素体型、马氏体型)、蒙乃尔合金、哈氏合金和钛合金、锆合金、钽合金、铌合金的一种或两种以上；所述非金属衬里为衬胶、衬瓷板、衬玻璃钢、涂料防腐内衬(玻璃鳞片涂层内衬)中的一种或两种以上。
所述金属/空气电池系统还包括系统壳体，所述储液单元独立设置于系统壳体外部、内部，或与系统壳体具有共同的壁面形成互为一体的结构。
与现有技术相比，本发明所述金属/空气电池具有以下优点：(1)简化系统结构，提高系统可靠性；(2)降低系统体积、重量，提高系统比能量；(3)降低系统成本、功耗，有助于工程化进程。
附图说明
图1金属/空气电池结构示意图；
图中，1-电池组，2-液泵，3-储液单元，4-系统外壳，5-电控单元，6-供养风扇
图2合理布局形成的空气流道示意图；
(a)S型空气流道；(b)阶梯型空气流道；
(c)迷宫型空气流道；(d)迷宫型空气流道剖视图；
图3旋转型翅片结构示意图；
(a)翅片收回的状态；(b)翅片旋转折起的状态；
图4伸缩型翅片结构示意图。
(a)翅片缩回的状态；(b)翅片伸展状态。
具体实施方式
图1所述金属空气电池系统由电池组(1)、液泵(2)、储液单元(3)、系统外壳(4)、电控单元(5)组成，系统运行时，液泵(2)将储液单元(4)内的电解液注入电池组(1)进行电化学反应，反应后的产物及电解液回流至储液单元(3)内。
实施例1
电池系统采用24个单电池串联组成，其中单体电池阳极为铝合金板，尺寸为160mm×120mm×2.5mm、单体电池阴极尺寸为160mm×130mm×2mm，单池极间距为2mm，储液单元存储10L的8mol/LKOH溶液且底部与电池系统外壳焊接为整体，四周带有散热翅片，系统恒功率800W放电，环境温度20℃，放电30min，待系统温度稳定后，测试单电池内温度分布情况。系统的体积107L、重量86.5kg、功耗68W。
作为对比，采用电池系统中的储液单元为普通的塑料制品，系统内部通过换热器进行散热，同样恒功率800W进行放电，30min后测试单电池内温度情况，对比如下表1。系统的体积154L、重量98.2kg、功耗138W，如表2。
表1 单电池内温度对比
Figure BDA0001173254610000031
表2 系统积极重量及功耗对比
体积/L 重量/kg 内部功耗/W
实施例1 107 86.5 68
对比例1 154 98.2 138

Claims (9)

1.一种金属/空气电池系统，包括设置有电解液注液口和出液口的金属/空气电池组、液泵、储液单元；所述液泵的进液口与储液单元相连，所述液泵的出液口与金属/空气电池组的电解液注液口相连；所述金属/空气电池组的电解液出液口与储液单元相连，形成闭合回路，其特征在于：所述储液单元上设置有散热部件；
所述储液单元为具有电解液回收口、电解液流出口和电解液更换口的密闭腔体，所述腔体外壁面具有贯穿腔体相邻或相对两个端面的凹槽结构、或具有贯穿腔体内部的贯穿孔道中的一种或两种；所述凹槽结构和/或贯穿孔道形成用于储液单元散热的一条以上的空气流道；
所述空气流道为通过合理布局引入紊流，增大对流换热系数从而提高储液单元的散热能力；合理布局结构为一个或多个S型、阶梯型，迷宫类的空气流道。
2.如权利要求1所述金属/空气电池系统，其特征在于：所述储液单元为一容器,所述散热部件包括N组以上的散热翅片组，N为大于等于1的自然数，每一散热翅片组均由连接于容器外壁面上的1个散热翅片或2个以上平行、间隔排列的散热翅片构成。
3.如权利要求2所述金属/空气电池系统，其特征在于：所述散热翅片与所述储液单元的外壁面的连接方式为固定连接或可动连接。
4.如权利要求3所述金属/空气电池系统，其特征在于：
所述固定连接为所述散热翅片的一端与储液单元外壁固定为一体，另一端与其固定的储液单元外壁表面呈10-90度角；
所述可动连接为所述散热翅片的一端与储液单元外壁可动连接，所述可动连接为转动、滑动、滚动中的一种或两种以上，另一端通过转动、滑动、滚动中的一种或两种以上与储液单元外壁表面形成翻折、旋转、伸展形式，使翅片与储液单元外壁呈30-90度角；或通过上述方式中的一种或两种以上与储液单元形成贴合、折叠、回缩，使其不再突出于储液单元的外壁表面。
5.如权利要求4所述金属/空气电池系统，其特征在于：所述散热翅片的一端与储液单元壁面的固定连接方式为焊接、胶接、铆接、胀紧连接、销连接、过盈连接、注塑、机加工方式中的一种。
6.如权利要求5所述金属/空气电池系统，其特征在于：所述散热翅片与储液单元的翅化比为1-100。
7.如权利要求1所述金属/空气电池系统，其特征在于：所述储液单元为耐碱且导热系数高的金属、金属合金或具有非金属衬里的金属及金属合金中的一种或两种以上。
8.如权利要求7所述金属/空气电池系统，其特征在于：所述金属包括钪、钛、钒、铬、钴、镍、钇、锆、铌、铪、钽、铂、金中的一种或两种以上；
所述金属合金包括奥氏体不锈钢、奥氏体-铁素体型不锈钢、马氏体型不锈钢、蒙乃尔合金、哈氏合金、钛合金、锆合金、钽合金、铌合金的一种或两种以上；
所述非金属衬里为衬胶、衬瓷板、衬玻璃钢、涂料防腐内衬中的一种或两种以上。
9.如权利要求1所述金属/空气电池系统，其特征在于：所述金属/空气电池系统还包括系统壳体，所述储液单元独立设置于系统壳体外部，或与系统壳体具有共同的壁面。
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