CN108963183A - 一种电极结构及空气、氧气金属燃料电池 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电极结构及空气、氧气金属燃料电池，该电极结构包括正极反应体，所述正极反应体具有密闭空腔结构以及与所述密闭空腔结构导通的进气口；两个负极反应体，两个所述负极反应体分别位于所述正极反应体两侧并分别与所述正极反应体相连。本发明提供的空气、氧气金属燃料电池实现了单个电池体的正反两面粘贴催化空气电极片，形成氧源密封体，通入氧气、空气或液体氧源，再用负极电极体框组装成单个电池体，串联电池体形成电池堆沉入电池壳内的电解液中，通过并联正极、负极输出电流电压，解决了电解液串流、降压、短路的无法工作的难题，实现了大电流、高容量低温易启动、高温能降温、散热的效果，使电池能适用于全天侯条件。

Description

一种电极结构及空气、氧气金属燃料电池

技术领域

本发明涉及空气、氧、燃料电池技术领域，特别是涉及一种金属燃料电池用电极结构及空气、氧气金属燃料电池。

背景技术

空气、氧气金属燃料电池是目前电池领域中最具有安全性、不会燃烧、不会爆炸、使用材料无污染、放电能量大、放电时间长且可循环使用的绿色能源，而使用的燃料锌、铝、镁等金属，在地球上分布广，储量大，而我国又是这几种金属储量排在世界前十位中的国家，特别是镁、铝的储量又是排名占全球储量的前三位，从资源上看，为能源开发利用寻找了另一条积极路线。

其理论能量比锌1320wh/kg，铝8100wh/kg，而目前仅能达到200-250wh/kg锌，300-400wh/kg铝能量输出，约占5％的能量输出，而这5％的能量已是铅酸电池的7倍，锂离子电池的2倍以上的输出，除具有高能量、安全的优势之外，其氧化物可以通过收集置换、电解达到再生循环使用，作为金属燃料的锌、镁、铝等金属，可以通过冶炼电解形成固体，长期安全存放，不会因时间长而产生特别耗损，是一种安全、可靠便于大量储存的战略能源。

金属空气氧燃料电池尽管有这些优点，但氧分子、氧原子的激活传导受现有催化物质性能限制，单位面积上电流偏小，催化剂活性不高，反应过程中电解液泄漏，金属燃料在反应过程后，无法不解体取出，特别是单个电池体反应中断或性能降低而致整组电池无法工作，这些缺陷制约了空气、氧金属燃料电池的工程化使用；在使用过程中因为受环境温度影响，低温无法启动，高温时的自腐加剧升温过快，析氢加剧的难题致金属燃料电池无法正常工作，在有限的体积情况下无法提供电极电器所需的大电流的工作需求，这些缺陷和缺点也是导致金属空气燃料电池至今无法大规模生产和商业化使用的重要原因，如何解决这些难题，正是本发明所要解决、改变的目的。

发明内容

本发明提供了一种电极结构及空气、氧气金属燃料电池。

本发明提供了如下方案：

一种电极结构，包括：

正极反应体，所述正极反应体具有密闭空腔结构以及与所述密闭空腔结构导通的进气口，所述密闭空腔结构用于放置空气、氧气、氧液体氧源；

两个负极反应体，两个所述负极反应体分别位于所述正极反应体两侧并分别与所述正极反应体相连；两个所述负极反应体分别包括开放设置的金属燃料板，

优选的：所述正极反应体包括正极密封电极框；所述正极密封电极框两侧分别设置有凹台；所述凹台内嵌装有空气电极片；两个空气电极片与所述正极密封电板框围合形成密闭空腔结构；所述进气口位于所述正极密封电板框上方。

优选的：所述正极密封电极框上部设置有超压单向排气阀、电池堆串联紧固孔、正极电流集流片引出槽以及电源监测接口；所述正极电流集流片引出槽用于将空气电极片包含的正极电流集流片引出；所述正极密封电极框内侧设置有交错布置的第一加强网格。

优选的：所述负极反应体包括负极开放电极框，所述负极开放电极框一侧设置有与所述凹台适配的凸台；所述负极开放电极框与所述正极密封电极框通过所述凸台、所述凹台以及紧固件配合相连。

优选的：所述负极开放电极框与设置有凸台相对一侧设置有金属燃料板固定槽；所述金属燃料板插接于所述金属燃料板固定槽内；所述负极开放电极框上设置有氧化物下沉孔、金属燃料板支撑柱；所述金属燃料板上设置有负极电流集流片，所述负极开放电极框内侧设置有交错布置的第二加强网格。

一种包含所述电极结构的空气、氧气金属燃料电池，该电池包括：

电池壳，所述电池壳用于放置电解液；

电池堆；所述电池堆位于所述电池壳内部；所述电池堆包括至少两组所述空气氧金属燃料电池用电极结构；

电池壳盖，所述电池壳盖位于所述电池壳上部。

优选的：所述电池堆上部设置有电池堆盖，所述电池堆盖上开设有空气、氧气、液体氧化剂加注口、金属燃料板加注口以及超压单向排气阀口；所述电池壳盖上设置有废气出口、电解液加入口、正极接线柱以及负极接线柱。

优选的：至少两组所述空气、氧气金属燃料电池用电极结构各自包含的正极并联形成正极电路；至少两组所述空气、氧气金属燃料电池用电极结构各自包含的负极并联形成负极电路；所述正极电路与所述正极接线柱相连，所述负极电路与所述负极接线柱相连。

优选的：所述电池壳上设置有进、放电解液口；所述进、放电解液口处设置有控制阀门。

优选的：所述电池堆外部围合有升温降温的循环管，所述升温降温的循环管用于实现液体流动，以便实现对所述电池堆的电解液升温或者降温。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

通过本发明，可以实现一种电极结构及空气、氧气金属燃料电池，在一种实现方式下，该电极结构可以包括正极反应体，所述正极反应体具有密闭空腔结构以及与所述密闭空腔结构导通的进气口，所述密闭空腔结构用于放置空气、氧气、液体氧源；两个负极反应体，两个所述负极反应体分别位于所述正极反应体两侧并分别与所述正极反应体相连；两个所述负极反应体分别包括开放设置的金属燃料板。本发明提供的空气氧金属燃料电池实现了单个电池体的正反两面粘贴催化空气电极片，形成氧源密封体，通入氧气、空气或液体氧源，再用负极电极体框凸台配合、紧固组装成单个电池体，串联电池体形成电池堆沉入电池壳内的电解液中，通过并联正极、负极输出电流电压，解决了电解液串流、降压、短路的无法工作的难题，实现了大电流、高容量低温易启动高温能降温、散热的效果，使电池能适用于全天侯条件，而燃料负极框上的的设计，解决了燃料电池燃料加注后固定、控制间隙的难题，保证了金属容量电池阴极与阳极之间最佳反应距离。通过改变氧气空气电极体密封正极体的结构，电解液开放共用、并联正、负极的结构方式，达到了大容量、大电流、电解液共用时断路、短路电池体依然能持续工作的优势，使金属燃料电池克服了漏液串流、降压、低温、高温等无法提供稳定电压电流的致命缺陷。

当然,实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种电极结构的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的正极密封电板框的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的负极开放电板框的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的一种空气、氧气金属燃料电池的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的电池堆的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的电池壳盖的结构示意图；

图7是本发明实施例提供的电池堆盖的结构示意图；

图8是本发明实施例提供的电池堆正负极并联图。

图中：正极反应体1、正极密封电极框101、凹台1011、超压单向排气阀1012、电池堆串联紧固孔1013、正极电流集流片引出槽1014、电源监测接口1015、空气电极片102、正极电流集流片1021、进气口103、第一加强网格104、负极反应体2、负极开放电板框201、凸台2011、金属燃料板固定槽2012、氧化物下沉孔2013、金属燃料板支撑柱2014、金属燃料板202、负极电流集流片2021、第二加强网格203、电池壳3、进、放电解液口301、电池堆4、电池壳盖5、废气出口501、电解液加入口502、正极接线柱503、负极接线柱504、电池堆盖6、空气、氧气、液体氧化剂加注口601、金属燃料板加注口602、超压单向排气阀口603、升温降温的循环管7。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

参见图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8，为本发明实施例提供的一种电极结构，如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8所示，该结构包括正极反应体1，所述正极反应体1具有密闭空腔结构以及与所述密闭空腔结构导通的进气口103，所述密闭空腔结构用于放置空气、氧气、液体氧源；

两个负极反应体2，两个所述负极反应体2分别位于所述正极反应体1两侧并分别与所述正极反应体1相连；两个所述负极反应体2分别包括开放设置的金属燃料板202。

进一步的，所述正极反应体1包括正极密封电板框101；所述正极密封电板框101两侧分别设置有凹台1011；所述凹台1011内嵌装有空气电极片102；两个空气电极片102与所述正极密封电板框101围合形成密闭空腔结构；所述进气口103位于所述正极密封电板框101上方。

进一步的，所述正极密封电板框101上部设置有超压单向排气阀1012、电池堆串联紧固孔1013、正极电流集流片引出槽1014以及电源监测接口1015；所述正极电流集流片引出槽1015用于将空气电极片102包含的正极电流集流片1021引出；所述正极密封电板框101内侧设置有交错布置的第一加强网格104。

进一步的，所述负极反应体2包括负极开放电板框201，所述负极开放电板框201一侧设置有与所述凹台1011适配的凸台2011；所述负极开放电板框201与所述正极密封电板框101通过所述凸台2011、所述凹台1011以及紧固件配合相连。

进一步的，所述负极开放电板框201与设置有凸台2011相对一侧设置有金属燃料板固定槽2012；所述金属燃料板202插接于所述金属燃料板固定槽2012内；所述负极开放电板框201上设置有氧化物下沉孔2013、金属燃料板支撑柱2014；所述金属燃料板202上设置有负极电流集流片2021，所述负极开放电板框201内侧设置有交错布置的第二加强网格203。

本申请还可以提供一种包含所述电极结构的空气、氧气金属燃料电池，该电池包括电池壳3，所述电池壳用于放置电解液；

电池堆4；所述电池堆4位于所述电池壳3内部；所述电池堆4包括至少两组及以上所述空气、氧气金属燃料电池用电极结构；

电池壳盖5，所述电池壳盖5位于所述电池壳3上部。

进一步的，所述电池堆4上部设置有电池堆盖6，所述电池堆盖6上开设有空气、氧气、液体氧化剂加注口601、金属燃料板加注口602口以及超压单向排气阀口603；所述电池壳盖5上设置有废气出口501、电解液加入口502、正极接线柱503以及负极接线柱504。至少两组所述空气、氧气金属燃料电池用电极结构各自包含的正极并联形成正极电路；至少两组所述空气、氧气金属燃料电池用电极结构各自包含的负极并联形成负极电路；所述正极电路与所述正极接线柱503相连，所述负极电路与所述负极接线柱504相连。所述电池壳3上设置有进、放电解液口301；所述进、放电解液口处设置有控制阀门。所述电池堆4外部围合有升温降温的循环管7，所述升温降温的循环管7用于实现液体流动，以便实现对所述电池堆4电解液的升温或者降温。

本发明设计空气氧气液体氧源金属燃料电池组的工作模式：电解液开放共用，氧化物(氧气、氧源)密封，通过催化电极片内催化剂碳、锰、钴、镍、镧、锶等催化物质激活，电解液导流，加入锌、镁、铝等金属燃料，电池堆沉入电解液中，进行传导反应，产生电压、电流，再通过多个电池体正极、负极皆并联的输出方式，输出大电流、大容量的电能，改变了传统空金属燃料电池空气开放，电解液密封的工作模式，特别是电解液泄漏致反应中断、效率低下的固有缺陷得到了克服和解决。

在电池壳盖上所设计的密封形式将电池堆反应时所产生的各种废气进行密封、收集，然后通过废气出口引出进行安全处理，在壳盖上设有电解液加注口加入所需的电解液，加注完毕后进行关闭密封，其上方所设计的正极接线柱以及负极接线柱为外接电源输出桩，供输出电流电压使用。

正极反应体的形状设计有中间支撑网格两侧有安装催化反应电极片的凹台的正极反应框图，通过在两面的凹台内粘贴电极片进行密封，形成密封正极电极体，上侧设有进气口，超压排气口，可以进出氧气、空气加注液体氧化剂并密封在正极电极体内，其电极片上的集流引线，作为电池正极引出电流。

一种具有以密封正极电极体凹台相对应，设计有凸台和燃料反应室的支撑网格的负极电极体图，其上方设有燃料加注口，下方设有负极合金燃料支撑柱及氧化物下沉孔，以及金属燃料安装固定槽，其四周边缘设有紧固螺孔，进行单体电池紧固密封，相对应的凸台除定位装配位置，也起着加压、紧固、密封催化电极片的作用，保证了密封正极电极体四周不漏气、不漏液的有效工作。

具有催化电极片安装位置的凹台的密封正极电极体与具有凸台的负极电极体，除凹台和凸台配合压紧压实外，而设计于四周边框上的紧固孔完成负极电极体正极电极体，再加负极电极体组成单体电池图，将所需N个电池单体通过串联孔串联形成电池堆，在合适的电池壳内组成需要的电池体，并能沉入电解液中，实现氧气、空气、液体氧源密封，电解液开放的全新工作模式。

电池堆中将各个单体电池正极并联，引出正极电路，形成N个电池体正极并联增大电流电量的结构，而电池堆中加入的与N个密封正极电极体对应的负极金属燃料通过导线进行并联，形成负极电路；正、负极并联的电池堆全部沉入于电池壳内的碱性电解液中，除有效的节约了空间又达到了整体反应时效率提升，克服了传统金属空气燃料电池电解液泄漏后会串流降压至停止工作的难题，又达到了容量增大的目的。

电池堆形成后再其上方所设计的电池堆盖开有对应的长方形孔，用于负极金属燃料的加入并固定，反应后氧化物的取出，其设计的结构保证了电池堆在不解体的状态下金属燃料加入和取出，更换补充，方便加入合金板、膏片、燃料匣外，反应后又能方便地取出反应物，而脱落的氧化物通过下方的孔沉入电池壳底部，便于收集排出，集中处理，循环再生使用。

电池堆外部的升温降温的循环管，通过外部液体流动，既可用于电池体内电解液冬季时的加温又可用于电解液在超过工作温度时的降温，通过升温降温的液体流动，保证了空气金属燃料电池在低温下的加热和高温时的降温，使反应得以顺利实施而进行安全工作。

本空气、氧气、金属燃料电池设计了正极密封反应体，在两面凹台内粘贴了催化空气电极片后，通过金属网、碳布等集流网引出正极电流，再将与之配合的负极反应体上的凸台进行配合装配，利用四周边框上的电池紧固螺孔将左侧负极体，中间正极密封体，右侧负极电极体进行压紧、配合、紧固形成单个电池体图，再通过单体电池体上的串联螺孔利用螺杆串联N个电池体组成电池堆，装配电池堆盖、加入金属燃料，通过所需的N组的线路组装形式形成正负极均并联的结构。而氧源则通过所设计的凹台在两面加装空气电极片，形成一个完整、密封的电池正极体，让氧源通过进气口出气口，进行控制、密封，达到金属燃料电池工作条件；而在电池堆外侧设有液体循环管通过高温或低温液体流动，对电解液加温或降温，保证电池堆在合适的温度下工作；在电池壳上设有电池盖，其盖上设有电池正极柱、负极柱引出电压、电流，所设计的废气出气口，收集反应后的废气，通过气泵吸入管道，安全的处理排放，电解液加注口，加入配制好的电解液。

本发明所设计的通过空气电极形成双面密封的电极体将氧源密封形成单个独立工作电极体，达到透气、防水、防漏、导电的独立工作的目的，而外部的共用电解液再通过燃料合金作为负极并联，形成导线，空气电极片作为正极并联，形成导线结构达到了增大电流、电量的目的，又解决了传统金属燃料电池中其中一组电池断路或短路性能下降而整组电池无法工作的缺陷，特别是电解液泄漏串流后短路而自腐消耗燃料的致命缺点得到了克服。

本发明通过以下的结构和功能，实现了氧源密封电解液共用的工作模式：

本发明所提供的核心即正极密封电极体，它包括注塑或喷塑的绝缘的长方形、圆形、方型等形状的正极密封电板框，在其内部有井字型支撑网格，其上面设有凹槽便于氧气、氧源的循环流通,充分接触，在其外部两侧设有凹台，便于催化空气电极片四周通过粘贴剂密封，设计于催化空气电极片上的集流片通过反应框上的导线槽布置传导引出，在其上部设有通气管，便于密封后的氧气、氧源通过此管道进入密封后的反应框内，为空气燃料电池实现氧分子经催化后的OH-离子反应产生电压提供了支撑，其四周边框上设有紧固螺孔，粘贴密封后的空气电极片后通过正极密封电板框上的凹台和负极开放电板框上的凸台固定和压实，保证空气电极密封牢固的参与工作。

在正极密封电板框两侧装入催化空气电极片之后，完整形成一个具有氧气、氧源进入口超压排出口，可以浸入电解液内的正极密封电极体图实现金属燃料电池正极体密封、独立的工作方式，在电解液中即可并联工作又不会短路创造了条件。

本申请提供的负极金属反应体，其一面设计有与正极密封反应体上凹台相对应的凸台，在正极密封反应体用两片分别装入两面的凹槽再用负极开放电板框+正极密封反应体+负极开放电板框的顺序配合，通过四周的紧固螺孔固定,便于压紧压实、催化空气电极片，而另一面两侧设计有长方形支撑槽在紧固后与负极金属反应体反向相连，形成燃料合金加入反应框达到固定金属燃料合金的目的，其下方设计的支撑柱用于支撑金属燃料板，或燃料匣，形成的空间利于反应过程中氧化物自动脱落后在重力下排入电池壳底部，除保证反应面不被遮挡外，贮存、收集，用于循环使用。同时在其两侧设计凹槽，用于布置加热、降温的循环管，控制电解液的工作温度。

在负极开放电板框的四周边框上设有除单体电池的紧固孔外，还有组装电池堆的串联螺孔，便于根据需要组装N个电池体形成电池堆。将组装好的电池单体根据需要确定数量依次排列，通过其上设计的电池堆串联紧固孔串联成电池堆，在另一面上设计的带有凹槽的金属燃料安装槽串联重叠后，组成负极燃料插入口，便于金属燃料的插入和固定。

电池盖设计一款根据电池体长度和单个电池体长度以及燃料、空气、氧气进出口、减压排气口紧固螺丝对应位置的平板盖紧固在电池堆上，通过其上所设计的正、负极引出孔，引出密封正极体上正极线路和金属合金板、膏片、金属匣上的负极线路进行电池的并联，形成大容量电池堆。

电池堆外面的凹槽内设计有密封循环管，用于循环液的通过，对电池电解液在工作过程中升、降温进行调节，保证电池壳内的电解液处在需求温度下，顺利工作，解决冬季电解液的升温及夏季电解液的降温问题，使金属燃料电池能在高低温环境中以最佳温度进行工作。

负极燃料固定框在燃料单体电池组装形成后，将单体电池右侧负极开放电板框与另一组单体电池左侧负极开放电板框相向对接，通过孔串联、紧固，根据容量需求组装电池堆，两个负极开放电板框的凹槽相向配合形成了具有能装配、固定口，其尺寸装配固定了合金燃料，保证了金属燃料与空气电极之间的反应距离，达到了最优化的效果。

本电池工作模式及组成方式：

本电池密封正极电极体做成一个两面有凹台，中间有支撑网格、以及通过氧气、氧源的凹槽，上侧设计有进气口以及超压单向排气阀的电极框载体，通过左右两侧配装催化功能空气电极片，再与具有凸台的负极电极体进行配合，压紧、压实，通过其四周上的紧固螺孔进行紧固配合形成电池体，将N个电池体通过四周专用串联孔将所需数量的电池体进行串联，达到所需电流容量后，将正极催化空气电极片上的集流片引出并联作为电池体正极，而将负极金属板上的催化电极集流片引出并联在一起，作为电池负极，这种并联的电池组，彻底改变了传统空气、氧气金属燃料电池空气电极暴露、电解液密封的工作方式，而将空气电极体密封后，沉入电解液中，而又以一定压力将氧气、氧源输入正极密封体，达到反应的效率提高，防止了CO2等有害气体对电解液的碳酸化影响而缩短寿命的缺陷。

本申请提供的电池先将催化空气电极片粘贴于正极密封框的凹台内,而催化空气电极片是由集流体聚四氟乙烯、催化膜导电金属网左右压紧而形成的，既能防水又能通过氧气，还能沉入电解液中，再利用负极电极框上所做的凸台与密封正极电极框的凹台相配合，再用螺栓紧固形成单个电池体，通过四周所设计的专用螺孔用螺杆进行串联形成的电池堆，设计于密封正极电极体上的进气口和超压排气口将超过压力的气体排出，保证其工作电极在安全压力下工作。

在负极电极体框上所设计凸台与密封电极体上的凹台配对紧固外，与另一面的凹框相向配对电极体，串联后形成了燃料合金的加注口，再与电池堆盖上部对应的燃料加注口配合，用于加入金属合金燃料，而下部所设计的支撑柱又能支撑金属燃料，其形成的孔还能将反应过后脱落的氧化物沉于壳内达到收集氧化物的作用，用于循环制作金属燃料使其能再次利用。

该电池为达到大容量大电流输出的目的，对以前传统电池空气氧气开放、电解液密封的工作模式进行了改变，将空气、氧气、氧源形成密封后沉入电解液中，通过正、负极皆并联方式组成大电流的单体电池，达到电压不变，电流容量增大的目的，同时通过正、负极皆并联的方式克服了电池体出现断路或效率下降而无法工作的致命缺陷。

在电池堆的外部设有布置冷热循环管，解决了电池壳内电解液降温加热的需求，也解决了空气、氧气金属燃料电池低温下启动缓慢无法输出电压电流的困难，而在反应过程中电解液稳定恒温所需，让冷却液体流过，这样用循环管内流动液体升降温度，从而保证反应金属燃料电池在正常所需温度下工作。

位于电池壳底部的空间让下沉的氧化物收集后取出循环生产新的金属燃料继续再次使用。

其电池堆盖上方所设计的燃料加注口可以方便、准确地加入金属合金燃料，如果使用膏、匣可以在反应终止后取出，这样方便加入、取出；而电池盖上的紧固孔又将盖准确地固定于电池堆上，达到电池燃料合金与催化空气电极片之间间距的精准控制，保证了反应的效率。

电池壳体盖，其盖通过卡口及密封槽与电池壳相对应，并用橡胶件做密封，其盖上有进液孔废气收集排出口，保证金属燃料电池反应过程中所需电解液加入和对产生的废气废水便于收集、处理，从而达到了良好的外部循环保证电池体安全工作。

电池堆正负极并联在单体电池通过其串联孔串联后，在其上方覆盖，通过上的电池堆盖紧固孔配位紧固，让正极密封电板框上的空气、氧气进气口、超压单向排气阀通过超压单向排气阀口、电池堆盖紧固孔孔引出，其电池堆上的负极开放电板框与负极开放电板框相向配合形成负极燃料插入口的对位，形成了合金燃料的加注口，组装完毕后，将催化正极电极片上的正极电流集流片引出槽进行并联形成正极，金属合金燃料板上催化电极集流片进行并联形成负极，达到了本发明设计的串联电池堆体后正、负极皆并联增大容量电流，克服了断路、短路、效率下降电池组无法工作的缺陷。

本发明的优点：

将电池体正极设计成单体，两面具有凹台便于催化正极电极片装配于两侧密封，提高了氧分子的激活、转换，通过其进气口输入氧气、氧源，建立氧气、液体、金属三相平衡的工作场所，产生无毒无害可循环的化学电能。

采用负极体开放正极反应体密封的单体设计在正极密封电板框两侧凹台内安装催化正极电极片，提高了反应面积，又达到了气体密封，进一步提高了氧气、空气、氧气金属燃料电池的单位面积下的效率，又具有了负极金属燃料加入口和对反应间距的控制，而设计于下部的支撑柱又方便地固定了燃料合金的位置，又让反应所产生的氧化物脱落后可以自行下沉进入下部的电池壳内，减少表面堆积物对燃料电池性能的影响。

设计于电池电池堆体上的循环管，既可以在低温时通入高温液体加热电解液，让低温下反应得以启动并保证其性能不衰减，而在反应过程中，电解液温度升高时又可注入低温液体，带走温度，这样就可以让电池始终保证在安全温度下进行工作，随时安全、平稳地输出电能，也控制了高温析氢自腐加剧对电池无法连续工作的困难得以解决。

在电池堆连接线路中，正极并联，负极并联的新的工作方式，既达到了并联增加电流电量的目的，又让空气氧金属燃料电池电解液串流、降压的缺陷得到了改善，特别是并联电池正极负极的方式，克服了其中一片电池体发生故障时，整个电池堆就会中断反应无法工作的严重缺陷，保证了空气氧金属燃料电池真正安全有效平稳的工作状态，而不影响电池的稳定性可靠性。

密封正极电极体的设计，改变了传统空气氧金属燃料电池空气开放、电解液密封的工作方式，克服了漏液就无法保证电池使用的问题，新的工作模式是：空气、氧气、氧源密封并增加一定的压力，不仅加快了氧分子流动反应的速度又能沉入电解液中，保证反应室的气体浓度一致性，实现了电池堆工作稳定、安全、一致的要求。

在电池堆盖上设计的条形孔，既是电池堆燃料室的加注孔又是电解液的注入孔，在密封电池堆中方便地加入金属合金燃料，又可方便地取出反应后的氧化物，实现了金属燃料空气、氧气金属燃料电池的方便、可靠、安全、连续不解体取出氧化物的商业化进程。

综上所述，本发明提供的空气、氧气金属燃料电池实现了单个电池体的正反两面粘贴催化空气电极片，形成氧源密封体，通入氧气、空气或液体氧源，再用负极电极体框凸台配合、紧固组装成单个电池体，串联电池体形成电池堆沉入电池壳内的电解液中，通过并联正极、负极输出电流电压，解决了电解液串流、降压、短路的无法工作的难题，实现了大电流、高容量低温易启动高温能降温、散热的效果，使电池能使用于全天侯条件，而燃料负极框上的的设计，解决了燃料电池燃料加注后固定、控制间隙的难题，保证了金属容量电池阴极与阳极之间最佳反应距离。

通过改变氧气空气液体氧源电极体密封正极体的结构，电解液开放共用、并联正、负极的结构方式，达到了大容量、大电流、电解液共用时断路、效率降低电池体依然能持续工作的优势，使金属燃料电池克服了漏液串流、降压、低温、高温等无法提供稳定电压电流的致命缺陷。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种电极结构，其特征在于，包括：

正极反应体，所述正极反应体具有密闭空腔结构以及与所述密闭空腔结构导通的进气口，所述密闭空腔结构用于放置空气、氧气、液体氧源；

两个负极反应体，两个所述负极反应体分别位于所述正极反应体两侧并分别与所述正极反应体相连；两个所述负极反应体分别包括开放设置的金属燃料板。

2.根据权利要求1所述的电极结构，其特征在于，所述正极反应体包括正极密封电极框；所述正极密封电极框两侧分别设置有凹台；所述凹台内嵌装有空气电极片；两个空气电极片与所述正极密封电板框围合形成密闭空腔结构；所述进气口位于所述正极密封电极框上方。

3.根据权利要求2所述的电极结构，其特征在于，所述正极密封电板框上部设置有超压单向排气阀、电池堆串联紧固孔、正极电流集流片引出槽以及电源监测接口；所述正极电流集流片引出槽用于将空气电极片包含的正极电流集流片引出；所述正极密封电极框内侧设置有交错布置的第一加强网格。

4.根据权利要求2所述的电极结构，其特征在于，所述负极反应体包括负极开放电极框，所述负极开放电极框一侧设置有与所述凹台适配的凸台；所述负极开放电极框与所述正极密封电极框通过所述凸台、所述凹台以及紧固件配合相连。

5.根据权利要求4所述的电极结构，其特征在于，所述负极开放电板框与设置有凸台相对一侧设置有金属燃料板固定槽；所述金属燃料板插接于所述金属燃料板固定槽内；所述负极开放电极框上设置有氧化物下沉孔、金属燃料板支撑柱；所述金属燃料板上设置有负极电流集流片，所述负极开放电板框内侧设置有交错布置的第二加强网格。

6.一种包含权利要求1至5任意一项所述电极结构的空气、氧气金属燃料电池，其特征在于，包括：

电池壳，所述电池壳用于放置电解液；

电池堆；所述电池堆位于所述电池壳内部；所述电池堆包括至少两组极以上所述空气、氧气金属燃料电池用电极结构；

电池壳盖，所述电池壳盖位于所述电池壳上部。

7.根据权利要求6所述的空气、氧气金属燃料电池，其特征在于，所述电池堆上部设置有电池堆盖，所述电池堆盖上开设有空气、氧气、液体氧化剂加注口、金属燃料板加注口以及超压单向排气阀口；所述电池壳盖上设置有废气出口、电解液加入口、正极接线柱以及负极接线柱。

8.根据权利要求7所述的空气、氧气金属燃料电池，其特征在于，至少两组所述空气、氧气金属燃料电池用电极结构各自包含的正极并联形成正极电路；至少两组所述空气、氧气金属燃料电池用电极结构各自包含的负极并联形成负极电路；所述正极电路与所述正极接线柱相连，所述负极电路与所述负极接线柱相连。

9.根据权利要求6所述的空气、氧气金属燃料电池，其特征在于，所述电池壳上设置有进、放电解液口；所述进、放电解液口处设置有控制阀门。

10.根据权利要求6所述的空气、氧气金属燃料电池，其特征在于，所述电池堆外部围合有升温降温的循环管，所述升温降温的循环管用于实现液体流动，以便实现对所述电池堆的升温或者降温。