CN110299582A - 一种铝空气发电模组单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铝空气发电模组单元，所述发电模组单元包括铝电极片、两个空气电极和单元框体，两个所述空气电极分别设在单元框体的正反两个侧面，两个所述空气电极之间设置所述铝电极片，所述铝电极片固定卡接在所述单元框体内部，且铝电极片与空气电极相互平行，所述铝电极片为两侧为铝、中间为导电夹层的一体化铝电极片；所述铝电极片的顶部两端分别连接两个负极耳连接片，所述空气电极两端延伸到单元框体外部的左右两个侧面处并分别连接两个正极导电弹片，所述两个负极耳连接片接触连接相邻的所述发电模组单元的两个正极导电弹片。

Description

一种铝空气发电模组单元

技术领域

本发明属于铝-空气发电技术领域，具体涉及一种铝空气发电模组单元。

背景技术

传统的柴油发电机柴油发电机是一种小型发电设备，以柴油等为燃料，以柴油机为原动机带动发电机发电，可用于各种家庭、办公室、大中小型企业日常发电以及应急发电。柴油发电机产品具有高能耗、高污染、高噪音、运输及存放不安全的特点。

随着社会经济的发展，人们对能源问题和环境问题的关注和投入越来越大。铝空气电池以高纯度铝为负极、氧为正极，以氢氧化钾或氢氧化钠水溶液为电解质，在铝空气电池放电时产生化学反应，铝转化为氧化铝，只消耗铝和少量的水。氧化铝又可通过电解工艺得到金属铝，循环利用。现有的铝空气电池采用多个发电单体串联以满足电压需求，并且铝空气电池仍然处于实验室研究阶段，与大规模发电应用还有较大距离。

专利CN201810045209.8公开了一种新型单体铝空气电池，电池液腔体内插有铝极板，铝极板上设置有负极板，电池液腔体上设置有正极板，正极板覆盖在电池液腔体的前后表面，在正极板的前后表面设置有多个采用绝缘材料制成的凸台，每个正极板上连接有具有导电性的引出条，负极板作为电池液腔体的封口盖板设置在铝极板的上端，负极板的两端向外延伸形成负极接触段，负极接触段下方的电池液腔体上设置有弹性件。

专利CN201610373524.4提供一种铝空气电池，使用活性炭吸附空气中的氧作为正极，使用铝片为负极，所述活性炭为两组片状结构，所述铝片设置于两组活性炭之间；所述活性炭和所述铝片一同平方安置于所述电解液中，靠所述电解液的液面处的所述活性炭的外侧设置有高分子膜，所述高分子膜将所述电解液与空气分离；所述电解液中添加有催化剂。

专利CN201710595331.8提供了一种铝空气电池单体，包括密封壳体，和安装在所述密封壳体内的以下部件：电池正极；电池负极，该电池负极为铝板；连接卡槽，用于固定所述铝板。该密封壳体包括密封盖，用于为更换所述铝板提供开口；该密封壳体还包括电解液注入口和电解液输出口，分别用于接收电解液和排出电解液。

现有的铝空气发电单元技术中存在放电电压不稳定，输出功率较低，铝电极片利用率较低的问题，另外，铝空气发电单体之间的连接多采用螺丝连接，导电性不一致，拆装复杂。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种铝空气发电模组单元，所述发电模组单元包括铝电极片、两个空气电极和单元框体，两个所述空气电极分别设在单元框体的正反两个侧面，两个所述空气电极之间设置所述铝电极片，所述铝电极片固定卡接在所述单元框体内部，且铝电极片与空气电极相互平行，所述铝电极片为两侧为铝、中间为导电夹层的一体化铝电极片；所述铝电极片的顶部两端分别连接两个负极耳连接片，所述空气电极两端延伸到单元框体外部的左右两个侧面处并分别连接两个正极导电弹片，所述两个负极耳连接片接触连接相邻的所述发电模组单元的两个正极导电弹片。

所述铝电极片顶部的两端分别设有第一负极耳连接片和第二负极耳连接片，所述第一负极耳连接片和第二负极耳连接片分别与铝电极片可拆卸地连接，所述第一负极耳连接片和第二负极耳连接片具有相同的形状和材质。

优选的，所述负极耳连接片为L形，L形的水平端与铝电极片平行且可拆卸地连接，L形的竖直端伸出所述单元框体的侧面且垂直于铝电极片，所述L形的水平端部分卡接在所述单元框体的负极插槽内，使得所述铝电极片固定在单元框体内。优选的，所述负极耳连接片的材质为金属铝。

所述铝电极片与负极耳连接片的竖直端所指方向相同的一面为正面，铝电极片与负极耳连接片的竖直端所指方向相反的一面为背面。

优选的，所述铝电极片的形状与所述单元框体的形状相同，铝电极片比单元框体的尺寸略小，保证所述铝电极片基本占据单元框体的内部空间，更优选的，所述铝电极片和单元框体的形状为长方体。所述单元框体的正反侧面为面积较大的两个侧面，单元框体的左右侧面为面积较小的两个侧面。

所述导电夹层设置在所述铝电极片的内部，所述导电夹层为含有导电填料的高分子层。

所述导电填料的形态选自颗粒、纤维和片状，导电填料选自金属、金属氧化物、炭黑、碳纤维、石墨或镀金属的玻璃纤维中的一种或两种以上的组合，导电填料还可以包括市场上其他种类的导电填料。优选的，所述导电填料为炭黑，成本较低。

所述高分子材料选自橡胶、纤维和塑料，优选的，所述高分子材料选自绝缘树脂，所述绝缘树脂包括但不限于丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料(ABS)、聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、尼龙、聚碳酸酯、聚丙烯、聚对苯二甲酸类塑料(PET)等。

所述导电夹层具有较高的导电、传热、透气和耐腐蚀的性能，同时导电夹层的韧性较好，不易变形，不影响铝电极片放电。所述导电夹层在铝电极片内部，当铝电极片进行放电反应时，两侧的铝不断反应并剥落，导电夹层在内部对铝电极片起支撑作用。

本发明意料不到地发现，增加所述导电夹层后，所述铝电极片能够均匀参与放电反应，输出电压更加稳定，铝电极片在放电过程中均匀剥落，不会出现断裂现象，铝电极片的利用率大大提高。另外，由于放电反应是一个放热过程，放电时铝电极片温度较高，尤其是靠近负极耳连接片的铝电极片的上部温度较高，增加所述导电夹层后，能够调节铝电极片的热量分布，控制放电反应在铝电极片上均匀进行。

所述空气电极设置在所述铝电极片的两侧，所述空气电极包括第一空气电极和第二空气电极，优选的，所述第一空气电极设置在铝电极片的背面一侧，第二空气电极设置在铝电极片的正面一侧。所述第一空气电极包括第一集流网及其两端的正极板，所述第二空气电极包括第二集流网。

所述第一集流网和第二集流网均设有横纵交错的金属丝，使得进入所述发电模组单元的空气在所述第一集流网和第二集流网上均匀通过，进而空气与铝电极片的放电反应在整个铝电极片的表面更加均匀地进行。优选的，所述第二集流网与第一集流网的形状、尺寸和材质相同。

所述第一集流网的左右两端分别连接有第一正极板和第二正极板，所述第一正极板和第二正极板分别伸出并贴合所述单元框体的左右两个侧面，所述第一正极板与同一侧面上的第一负极耳连接片相互平行、互不接触，防止正、负极接触而短路，同样，所述第二正极板与同一侧面上的第二负极耳连接片相互平行、互不接触。

所述第一正极板和第二正极板伸出并贴合单元框体的左右两个侧面之后，分别接触所述第二集流网左右两端的边缘，使得第一集流网和第二集流网通过第一正极板、第二正极板连接，进而环绕所述铝电极片一周，使得进入所述发电模组单元的空气在所述第一集流网和第二集流网上均匀通过，进而空气与铝电极片的放电反应在铝电极片两侧的表面都能更加均匀地进行，提高铝电极片的利用率。

所述空气电极的材质为金属导电材质，优选的，所述空气电极的材质选自金属铜或银。

本发明意料不到地发现，所述铝电极片具有两个负极耳连接片作为负极，所述空气电极具有两个正极板作为正极，使得所述铝电极片放电更加均匀稳定。所述第一空气电极设置在铝电极片的背面一侧的设计，便于所述第一正极板与第一负极耳连接片之间保持一定距离，第二正极板与第二负极耳连接片之间保持一定距离，防止正、负极接触而短路。

在所述铝电极片两侧设置第一集流网和第二集流网，并使用第一正极板、第二正极板将第一集流网和第二集流网连接成环绕所述铝电极片一周的空气电极的设计，使得铝电极片与空气的放电反应在铝电极片的两侧同时进行，不仅提高了铝电极片的利用率和使用时间，而且提高了所述发电模组单元的放电功率。

为了促进所述铝电极片与空气的放电反应，本发明所述的发电模组单元中使用了催化剂，所述催化剂可以涂覆在所述空气电极的表面，优选的，所述催化剂涂覆在所述第一集流网和第二集流网上；所述催化剂也可以设置在铝电极片与空气电极之间。

优选的，所述催化剂一部分设置在所述铝电极片与第一集流网之间，另一部分设置在铝电极片与第二集流网之间。更优选的，在所述铝电极片与第一集流网之间设置第一催化防水透气膜，在所述铝电极片与第二集流网之间设置第二催化防水透气膜，所述催化剂均匀涂覆在所述第一催化防水透气膜和第二催化防水透气膜的两侧，提高铝电极片与空气的反应速率。

优选的，所述空气电极还可以包括防水透气膜，所述防水透气膜将所述铝电极片、第一集流网、第二集流网与单元框体的外部隔离开来。具体的，所述防水透气膜包括第一防水透气膜和第二防水透气膜，所述第一防水透气膜设在第一集流网的外侧，第二防水透气膜设在第二集流网的外侧，即所述第一防水透气膜和第一催化防水透气膜之间夹有第一集流网，并形成第一空气电极，第二防水透气膜和第二催化防水透气膜之间夹有第二集流网，并形成第二空气电极。

所述第一空气电极和第二空气电极分别设在单元框体的正反两个侧面，使单元框体内部形成独立封闭的空间，所述空间为电解液腔体，即所述第一催化防水透气膜和第二催化防水透气膜之间形成电解液腔体，所述发电模组单元的电解液从所述单元框体的电解液进口进入第一催化防水透气膜和第二催化防水透气膜之间的电解液腔体，并在流体流动的作用下，只能在所述电解液腔体中流动，同时伴随铝电极片与空气的放电反应，为所述铝电极片提供放电反应的液体环境。所述第一空气电极和第二空气电极的多层防水透气膜能够有效防止电解液向外渗透，进而防止漏电或电路短路情况的发生，同时又允许空气进入所述电解液腔体。

所述第一空气电极和第二空气电极分别粘结固定在所述单元框体的边框外部的正反两个侧面，所述铝电极片、第一集流网、第二集流网、催化防水透气膜和导电夹层均固定在单元框体的边框内部且位于第一防水透气膜和第二防水透气膜之间。所述第一防水透气膜和第二防水透气膜能够进一步防止所述发电模组单元内的电解液向外渗透，进而防止漏电或电路短路情况的发生，同时又允许空气进入发电模组单元内进行放电反应。

本发明所述的防水透气膜为聚四氟乙烯和乙炔黑经混合压制而成的膜，例如，其中聚四氟乙烯的质量分数为50％-60％，乙炔黑的质量分数为40％-50％。

本发明所述的催化剂为二氧化锰、银、钴、镍中的一种或两种以上的组合。

所述正极导电弹片包括底板和连接部，所述连接部设在底板上表面的顶部，所述底板为条状导电金属，所述连接部的顶端固定在底板上表面的顶端，连接部的底端能够在底板的上表面自由伸缩，连接部的中部设有至少一条梭形片，所述梭形片相对于所述底板为倾斜状，所述梭形片与底板所成角度为5-70度。

优选的，所述连接部为片材并呈栅栏形，所述连接部的顶端和底端向底板方向弯折，使连接部的中部向底板的相反方向拱起，形成弓形。优选的，所述梭形片倾斜向上的一侧为刀刃。

所述正极导电弹片包括第一正极导电弹片和第二正极导电弹片，所述第一正极导电弹片和第二正极导电弹片分别设在所述第一正极板和第二正极板的顶部，第一正极导电弹片和第二正极导电弹片的连接部分别与第一负极耳连接片和第二负极耳连接片的竖直端处于同一水平高度。

所述正极导电弹片的梭形片弹性好、抗疲劳，所述梭形片的两侧为刀刃状，正极导电弹片插入所述负极耳连接片时可以刺破负极耳连接片表面的氧化层，提高正负极的导电性；所述连接部受压后可以伸长，同时梭形片受压后趋向与水平形态，均使接触面积增大，提高正负极接触面的导电性；上述的正负极插拔弹性接触连接设计便于所述发电模组单元的组装，操作简单，并且能够保证正负极有效接触，防止正负极连接产生缝隙。

使用时，相邻两个所述发电模组单元前后设置，前面的发电模组单元的正极导电弹片的连接部面向后面的发电模组单元的负极耳连接片的竖直端的朝向发电模组单元内部的一面，即前面的发电模组单元的正极导电弹片的连接部直接接触后面的发电模组单元的负极耳连接片的竖直端的朝向发电模组单元内部的一面，实现前后两个发电模组单元的正、负极串联连接。

所述单元框体包括边框和导液管，所述边框位于单元框体的周围，所述导液管位于所述边框的底部。所述单元框体的边框的形状与所述铝电极片的形状相同。

所述单元框体的顶部两端分别设有负极插槽，所述负极插槽的开口向上，所述第一负极耳连接片和第二负极耳连接片的水平端能够分别由上向下地插入两个所述负极插槽中，从而完成所述铝电极片的固定。所述第一负极耳连接片和第二负极耳连接片的水平端插入所述负极插槽后，竖直端指向所述第一正极板和第二正极板的反方向，同时，所述负极插槽将第一负极耳连接片和第一正极导电弹片、将第二负极耳连接片和第二正极导电弹片隔离，这种设计使得在尽量缩小正、负极间距的基础上，同一所述发电模组单元的正、负极互不接触，避免短路。

所述边框两侧的顶部分别设有电解液分流出口，边框两侧立柱的内部分别设有流道，两个所述电解液分流出口分别与两条所述流道相通，两条流道的底部由所述导液管相连通，一条所述流道的底部在所述边框底部的底面上设有电解液出口。

所述边框底部的底面上设有电解液进口，所述边框底部设有凹陷的液槽，所述液槽与电解液进口相通。所述导液管设置在所述边框底部的液槽内部，即导液管设置在所述电解液进口的上方。电解液从所述电解液进口进入单元框体后，受所述导液管阻挡，均匀充满所述液槽，然后向上流动，进入所述第一空气电极和第二空气电极之间形成电解液腔体中，实现电解液均匀分散流入电解液腔体中，提高放电反应的稳定性和输出电压的稳定性。

所述边框两侧的顶部分别设有电解液分流出口，边框两侧立柱的内部分别设有流道，两个所述电解液分流出口分别与两条所述流道相通，两条流道的底部由所述导液管相连通，一条所述流道的底部在所述边框底部的底面上设有开口，所述开口为电解液出口。

所述电解液进口、导液管和电解液分液出口均设置所述电解液腔体内部。使用时，电解液从所述电解液进口输入，进入电解液腔体，电解液在电解液腔体中由下至上流动，为所述铝电极片的放电反应提供导电液体环境，当电解液流动到所述边框顶部时，从所述电解液分流出口流入边框两侧立柱的内部的流道中，电解液在所述流道中由上至下流动，当电解液运动到流道底部时，边框一侧立柱内流道的电解液直接从所述电解液出口排出，边框另一侧立柱内流道的电解液进入所述导液管，电解液通过导液管后，进入所述边框一侧立柱内的流道，最后从所述电解液出口排出。

所述单元框体的结构为电解液在所述电解液腔体内部提供了一种流动方式，如上所述，所述流动方式为在电解液腔体内由下至上流动，然后在所述边框两侧的立柱内由上至下流动，最终流出单元框体，所述流动方式避免了相反流向的电解液直接接触，防止在电解液腔体内部形成湍流甚至气旋，有利于放电反应在整个所述铝电极片上均匀进行，提高输出电压的稳定性。

所述边框一侧立柱的顶部设有电解液分流出口，设有所述电解液分流出口的侧面立柱内部设有流道，所述电解液分流出口与流道相通，所述边框的底面上且相对所述电解液分流出口的一侧设有电解液出口，所述导液管连通所述流道与电解液出口。

优选的，所述电解液出口所在边框的一侧的底部设有竖直流道，所述导液管连通两个所述流道，使得导液管水平放置。使用时，电解液从所述电解液进口进入所述液槽，被所述导液管阻挡，能够在液槽内均匀累积，当电解液充满所述液槽后，开始由下至上地在所述电解液腔体内的整个宽度内流动，当电解液流动到单元框体的顶部时，从所述电解液分流出口流入流道，在所述流道内由上至下流动到所述边框的底部，然后进入所述导液管，在导液管中温度较高的电解液与导液管外的液槽内的新鲜的温度较低的电解液进行热交换，温度较高的电解液沿导液管流入所述电解液分流出口对侧的竖直流道内，再由所述电解液出口排出单元框体。

本发明意料不到地发现，经过所述铝电极片与空气的放电反应后，由于反应放热，电解液温度升高，当温度较高的电解液流经所述导液管时，对从所述电解液进口流出的温度较低的电解液形成热交换，即使用过的温度较高的电解液在导液管内部，并通过导液管管壁，将热量传递给从电解液进口流入的新鲜的温度较低的电解液，使得所述电解液腔体的下部和上部的热量相互协调，降低温差和电解液腔体的整体温度，有利于所述发电模组单元稳定放电。

所述导液管的材质为耐腐蚀的轻质的金属材质，优选的，所述导液管的材质为不锈钢。

当多个所述发电模组单元组成铝空气发电设备时，相邻发电模组单元之间的空间为空气腔，并设置空气导流格栅，促进所述空气腔中空气分布均匀。所述空气导流格栅包括框体和导流片，空气导流格栅的形状与单元框体的形状相同，空气导流格栅的尺寸不大于所述单元框体的尺寸，使得空气导流格栅能够置于相邻的两个所述发电模组单元之间。优选的，所述空气导流格栅的材质为绝缘的树脂材料。

所述空气腔与电解液腔体相邻且独立的设置在所述发电模组单元的外部和内部，为空气和电解液分别提供空间，防止空气和电解液在铝电极片之外的区域接触，充分利用电解液，提高反应效率，防止漏电或电路短路，另外，也减少了接触电解液的部件的数量，减少了防腐蚀作业，降低了成本。

所述空气导流格栅的外部四周为框体，所述框体的底部设有空气进口，优选的，所述空气进口设在框体的底部的一端。所述框体的侧面边框的顶部设有空气出口。

所述导流片设置在空气导流格栅的框体的正面，使得进入的空气沿所述导流片流动，促进空气均匀分布，延长空气在所述空气腔体中的流动时间，提高放电稳定性，延长发电时间。

优选的，所述导流片横向等间距地分布在空气导流格栅的正面，所述导流片的一端固定在空气导流格栅的侧面框体上，另一端悬空，即所述导流片水平设置，相邻的导流片则相应地一端悬空，另一端固定在空气导流格栅的另一侧面的框体上，这样所述导流片在空气导流格栅的正面交错布置，使得空气从空气导流格栅的空气进口进入后，沿导流片蛇形流动，最后从空气出口流出。

优选的，所述导流片纵向等间距地分布在空气导流格栅的正面，所述导流片的一端固定在空气导流格栅的顶部框体上，另一端悬空，即所述导流片竖直设置，相邻的导流片则相应地一端悬空，另一端固定在空气导流格栅的底部框体上，这样所述导流片在空气导流格栅的正面交错布置，使得空气从空气导流格栅的空气进口进入后，沿导流片蛇形流动，最后从空气出口流出。

本发明提供的所述铝空气发电模组单元具有以下优点：(1)发电功率较高，输出电压稳定，能量密度较高；(2)所述铝电极片利用率较高，放电过程中，所述发电模组单元的铝电极片两侧均匀剥落，寿命较长；(3)所述发电模组单元内部热量分布均匀，空气在所述发电模组单元内部和之间流动均匀；(4)所述正极导电弹片的设计有利于所述发电模组单元的快捷拆装，防止电极拆装时出现打火现象。

附图说明

图1所示为铝电极片1的结构图。

图2所示为空气电极5与铝电极片1的组装结构图。

图3所示为正极导电弹片的结构图。

图4所示为单元框体6的结构图。

图5所示为单元框体6的放大结构图。

图6所示为空气导流格栅8的结构图。

图7所示为发电模组单元的组装示意图。

附图中，1-铝电极片，2-第一负极耳连接片，201-水平端，202-竖直端，3-第二负极耳连接片，4-导电夹层，5-空气电极，501-第一空气电极，502-第二空气电极，503-第一集流网，504-第二集流网，505-第一正极板，506-第二正极板，507-第一催化防水透气膜，508-第二催化防水透气膜，509-第一防水透气膜，510-第二防水透气膜，6-单元框体，601-电解液进口，602-边框，603-导液管，604-负极插槽，605-液槽，606-电解液分流出口，607-电解液出口，7-第一正极导电弹片，701-第二正极导电弹片，703-底板，704-连接部，705-梭形片，8-空气导流格栅，801-框体，802-导流片，803-空气进口，804-空气出口。

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。

以下实施例中防水透气膜为聚四氟乙烯和乙炔黑经混合压制而成的膜，其中聚四氟乙烯的质量分数为60％，乙炔黑的质量分数为40％，催化剂为二氧化锰。

实施例1铝电极片

本实施例的铝电极片1的结构图如图1所示，铝电极片1的形状为长方体，铝电极片1顶部的两端分别固定连接第一负极耳连接片2和第二负极耳连接片3，第一负极耳连接片2和第二负极耳连接片3通过螺丝可拆卸地连接在铝电极片1上，第一负极耳连接片2和第二负极耳连接片3具有相同的形状和材质。第一负极耳连接片2为L形，L形的水平端201与铝电极片1平行且用螺丝固定连接，L形的竖直端202垂直于铝电极片1，第一负极耳连接片2的材质为金属铝。

铝电极片1为两侧为铝、中间为导电夹层4的一体化铝电极片1，铝电极片1两侧的铝厚度相同。所述导电夹层为含有导电填料的高分子层，具体为聚丙烯材料中填充石墨。导电夹层4具有较高的导电、传热、透气和耐腐蚀的性能，同时导电夹层4的韧性较好，不易变形，不影响铝电极片1放电。导电夹层4在铝电极片1内部，当铝电极片1进行放电反应时，两侧的铝不断反应并剥落，导电夹层4在内部对铝电极片1起支撑作用。

增加导电夹层4后，铝电极片1能够均匀参与放电反应，输出电压更加稳定，铝电极片1在放电过程中均匀剥落，不会出现断裂现象，铝电极片1的利用率大大提高。铝电极片1的温度分布也更加均匀。

铝电极片1与第一负极耳连接片2的竖直端202所指方向相同的一面为正面，铝电极片1与第一负极耳连接片2的竖直端202所指方向相反的一面为背面。

实施例2空气电极

本实施例的铝电极片1为实施例1中的铝电极片1，本实施例的单元框体6为实施例4中的单元框体6，本实施例的发电模组单元为实施例6中的发电模组单元。单元框体6的正反侧面为面积较大的两个侧面，单元框体6的左右侧面为面积较小的两个侧面。

本实施例的空气电极5与铝电极片1的组装结构图如图2所示，空气电极5设置在铝电极片1的两侧，空气电极1包括第一空气电极501和第二空气电极502，第一空气电极501设置在铝电极片1的背面一侧，第二空气电极502设置在铝电极片1的正面一侧。第一空气电极501包括第一集流网503及其两端的正极板，第二空气电极502包括第二集流网504。

第一集流网503和第二集流网504均设有横纵交错的金属丝，使得进入发电模组单元的空气在第一集流网503和第二集流网504上均匀通过，进而空气与铝电极片1的放电反应在整个铝电极片1的表面更加均匀地进行。第二集流网503与第一集流网504的形状为长方形，空气电极5的材质为金属铜。

第一集流网503的左右两端分别连接有第一正极板505和第二正极板506，第一正极板505和第二正极板506分别伸出并贴合单元框体6的左右两个侧面，第一正极板505与同一侧面上的第一负极耳连接2片相互平行、互不接触，防止正、负极接触而短路，同样，第二正极板506与同一侧面上的第二负极耳连接片3相互平行、互不接触。

第一正极板505和第二正极板506伸出并贴合单元框体6的左右两个侧面之后，分别接触第二集流网504左右两端的边缘，使得第一集流网503和第二集流网504通过第一正极板505、第二正极板506连接，进而环绕铝电极片1一周，使得进入发电模组单元的空气在第一集流网503和第二集流网504上均匀通过，进而空气与铝电极片1的放电反应在铝电极片1两侧的表面都能更加均匀地进行，提高铝电极片1的利用率和使用时间，而且提高了发电模组单元的放电功率。

铝电极片1具有两个负极耳连接片作为负极，空气电极5具有两个正极板作为正极，使得铝电极片1放电更加均匀稳定。第一空气电极501设置在铝电极片1的背面一侧的设计，便于第一正极板505与第一负极耳连接片2之间保持一定距离，第二正极板506与第二负极耳连接片3之间保持一定距离，防止正、负极接触而短路。

在铝电极片1与第一集流网503之间设置第一催化防水透气膜507，在铝电极片1与第二集流网504之间设置第二催化防水透气膜508，催化剂均匀涂覆在第一催化防水透气膜507和第二催化防水透气膜508的两侧，提高铝电极片1与空气的反应速率，催化剂为锰催化剂。

防水透气膜将铝电极片1、第一集流网503、第二集流网504与单元框体6的外部隔离开来。具体的，防水透气膜包括第一防水透气膜509和第二防水透气膜510，第一防水透气膜509设在第一集流网503的外侧，第二防水透气膜510设在第二集流网504的外侧，即第一防水透气膜509和第一催化防水透气膜507之间夹有第一集流网503，并形成第一空气电极501，第二防水透气膜510和第二催化防水透气膜508之间夹有第二集流网504，并形成第二空气电极502。

实施例3正极导电弹片

本实施例的空气电极5为实施例2中的空气电极5，本实施例的发电模组单元为实施例6中的发电模组单元。

本实施例的正极导电弹片的结构图如图3所示，正极导电弹片包括底板703和连接部704，连接部704设在底板703上表面的顶部，底板703为条状导电金属，连接部704的顶端固定在底板703上表面的顶端，连接部704的底端能够在底板703的上表面自由伸缩，连接部704为片材并呈栅栏形，且中部设有四条梭形片705，梭形片705相对于底板703为倾斜状，梭形片705与底板703所成角度为50度，梭形片705倾斜向上的一侧为刀刃。连接部704的顶端和底端向底板703方向弯折，使连接部704的中部向底板703的相反方向拱起，形成弓形。

正极导电弹片与空气电极5的组装如图2所示，包括第一正极导电弹片7和第二正极导电弹片701，第一正极导电弹片7和第二正极导电弹片701分别设在第一正极板505和第二正极板506的顶部，第一正极导电弹片7和第二正极导电弹片701的连接部704分别与第一负极耳连接片2和第二负极耳连接片3的竖直端处于同一水平高度。

使用时，相邻两个发电模组单元前后设置，前面的发电模组单元的正极导电弹片的连接部面向后面的发电模组单元的负极耳连接片的竖直端的朝向发电模组单元内部的一面，即前面的发电模组单元的正极导电弹片的连接部直接接触后面的发电模组单元的负极耳连接片的竖直端的朝向发电模组单元内部的一面，实现前后两个发电模组单元的正、负极串联连接。

实施例4单元框体

本实施例的铝电极片1为实施例1中的铝电极片1，空气电极5为实施例2中的空气电极5，正极导电弹片为实施例3中的正极导电弹片，本实施例的发电模组单元为实施例6中的发电模组单元。

本实施例的单元框体6的结构图如图4所示，单元框体6包括边框602和导液管603，边框602位于单元框体6的周围，导液管603位于边框602的底部。单元框体6的边框602的形状为长方体。

单元框体6的顶部两端分别设有负极插槽604，负极插槽604的开口向上，第一负极耳连接片2和第二负极耳连接片3的水平端能够分别由上向下地插入两个负极插槽604中，从而完成铝电极片1的固定。第一负极耳连接片2和第二负极耳连接片3的水平端插入负极插槽604后，竖直端指向第一正极板505和第二正极板506的反方向，同时，负极插槽604将第一负极耳连接片2和第一正极导电弹片7、将第二负极耳连接片3和第二正极导电弹片701隔离，这种设计使得在尽量缩小正、负极间距的基础上，同一发电模组单元的正、负极互不接触，避免短路。

如图5所示，边框602底部的底面上设有电解液进口601，边框602底部设有凹陷的液槽605，液槽605与电解液进口601相通。导液管603设置在边框602底部的液槽605内部，即导液管603设置在电解液进口601的上方。电解液从电解液进口601进入单元框体6后，受导液管603阻挡，均匀充满液槽605，然后向上流动，进入第一空气电极505和第二空气电极506之间形成电解液腔体中，实现电解液均匀分散流入电解液腔体中，提高放电反应的稳定性和输出电压的稳定性。导液管603的材质为不锈钢。

边框602两侧的顶部分别设有电解液分流出口606，边框602两侧立柱的内部分别设有流道，两个电解液分流出口606分别与两条流道相通，两条流道的底部由导液管603相连通，一条流道的底部在边框602底部的底面上设有电解液出口607。

电解液进口601、导液管603和电解液分液出口606均设置电解液腔体内部。使用时，电解液从电解液进口601输入，进入电解液腔体，电解液在电解液腔体中由下至上流动，为铝电极片1的放电反应提供导电液体环境，当电解液流动到边框602顶部时，从电解液分流出口606流入边框602两侧立柱的内部的流道中，电解液在流道中由上至下流动，当电解液运动到流道底部时，边框602一侧立柱内流道的电解液直接从电解液出口607排出，边框602另一侧立柱内流道的电解液进入导液管603，电解液通过导液管603后，进入边框602一侧立柱内的流道，最后从电解液出口607排出。

单元框体6的结构为电解液在电解液腔体内部提供了一种流动方式，在电解液腔体内由下至上流动，然后在边框602两侧的立柱内由上至下流动，最终流出单元框体6，流动方式避免了相反流向的电解液直接接触，防止在电解液腔体内部形成湍流甚至气旋，有利于放电反应在整个铝电极片1上均匀进行，提高输出电压的稳定性。

经过铝电极片1与空气的放电反应后，由于反应放热，电解液温度升高，当温度较高的电解液流经导液管603时，对从电解液进口601流出的温度较低的电解液形成热交换，即使用过的温度较高的电解液在导液管603内部，并通过导液管603管壁，将热量传递给从电解液进口601流入的新鲜的温度较低的电解液，使得电解液腔体的下部和上部的热量相互协调，降低温差和电解液腔体的整体温度，有利于发电模组单元稳定放电。

空气电极5与单元框体6的组装形式如下，第一空气电极501和第二空气电极502分别设在单元框体6的正反两个侧面，使单元框体6内部形成独立封闭的空间，空间为电解液腔体，即第一催化防水透气膜507和第二催化防水透气膜508之间形成电解液腔体。铝电极片1、第一集流网503、第二集流网504、催化防水透气膜和导电夹层4均固定在单元框体6的边框602内部且位于第一防水透气膜509和第二防水透气膜510之间。

发电模组单元的电解液从单元框体6的电解液进口601进入第一催化防水透气膜507和第二催化防水透气膜508之间的电解液腔体，并在流体流动的作用下，只能在电解液腔体中流动，同时伴随铝电极片1与空气的放电反应，为铝电极片1提供放电反应的液体环境。第一空气电极501和第二空气电极502的多层防水透气膜能够有效防止电解液向外渗透，进而防止漏电或电路短路情况的发生，同时又允许空气进入电解液腔体。

实施例5空气导流格栅

本实施例的单元框体6为实施例4中的单元框体6，本实施例的发电模组单元为实施例6中的发电模组单元。

本实施例的空气导流格栅8的结构图如图6所示，空气导流格栅8包括框体801和导流片802，空气导流格栅8为长方体，空气导流格栅8的尺寸等于单元框体6的尺寸，使得空气导流格栅8能够置于相邻的两个发电模组单元之间。空气导流格栅8的材质为硬质材料。

空气导流格栅8的外部四周为框体801，框体801的底部的一端设有空气进口803，空气出口804设在与空气进口803相对的侧面边框801的顶部。

导流片802设置在空气导流格栅8的框体801的正面，使得进入的空气沿导流片802流动，促进空气均匀分布，延长空气在空气腔体中的流动时间，提高放电稳定性，延长发电时间。

导流片802横向等间距地分布在空气导流格栅8的正面，导流片802的一端固定在空气导流格栅8的侧面框体上，另一端悬空，即导流片802水平设置，相邻的导流片802则相应地一端悬空，另一端固定在空气导流格栅8的另一侧面的框体上，这样导流片802在空气导流格栅8的正面交错布置，使得空气从空气导流格栅8的空气进口803进入后，沿导流片802蛇形流动，最后从空气出口804流出。

实施例6发电模组单元

本实施例的铝电极片1为实施例1中的铝电极片1，空气电极5为实施例2中的空气电极5，正极导电弹片为实施例3中的正极导电弹片，单元框体6为实施例4中的单元框体6，空气导流格栅8为实施例5中的空气导流格栅8。

本实施例的发电模组单元的组装示意图如图7所示，发电模组单元包括铝电极片1、两个空气电极5、单元框体6和导电夹层4，两个空气电极5之间设置铝电极1，导电夹层4设置在铝电极1的内部，铝电极片1固定卡接在单元框体6内部，两个空气电极5分别设在单元框体6的正反两个侧面，且铝电极片1与空气电极5相互平行，铝电极片1的顶部两端分别连接第一负极耳连接片2和第二负极耳连接片3。空气电极5两端延伸到单元框体6外部的左右两个侧面处并分别连接两个正极导电弹片，即第一正极导电弹片7和第二正极导电弹片701分别固定在第一正极板505和第二正极板506的顶部。两个负极耳连接片的竖直端分别接触连接相邻的发电模组单元的两个正极导电弹片的连接部，完成两个相邻的发电模组单元的正负极串联。

发电模组单元中，铝电极片1的背面依次设置第一催化防水透气膜507、第一集流网503、和第一防水透气膜509，铝电极片1的正面依次设置第二催化防水透气膜508、第二集流网504和第二防水透气膜510。铝电极片1通过第一负极耳连接片2和第二负极耳连接片3固定在单元框体6的负极插槽604上。第一防水透气膜509和第一催化防水透气膜507之间夹有第一集流网503，并形成第一空气电极501。第二防水透气膜510和第二催化防水透气膜508之间夹有第二集流网504，并形成第二空气电极502。第一空气电极501和第二空气电极502分别密封单元框体6的正反两面，第一空气电极501和第二空气电极502之间形成电解液腔体。

单元框体6底部设有电解液进口601，电解液从电解液进口601输入，进入电解液腔体，并由下至上流动。当电解液流动到单元框体6顶部时，从电解液分流出口606流入边框602两侧立柱的内部的流道中，且由上至下流动到流道底部，边框602一侧立柱内流道的电解液直接从电解液出口607排出，边框602另一侧立柱内流道的电解液进入导液管603，电解液通过导液管603后，进入边框602一侧立柱内的流道，最后从电解液出口607排出。

空气导流格栅8设置在单元框体6的正反两个侧面的外部，空气在发电模组单元外部均匀分布，并透过防水透气膜进入电解液腔体中，与铝电极片1在电解液环境中进行放电反应。

Claims (10)

1.一种铝空气发电模组单元，其特征在于，所述发电模组单元包括铝电极片、两个空气电极和单元框体，两个所述空气电极分别设在单元框体的正反两个侧面，两个所述空气电极之间设置所述铝电极片，所述铝电极片固定卡接在所述单元框体内部，且铝电极片与空气电极相互平行，所述铝电极片为两侧为铝、中间为导电夹层的一体化铝电极片；

所述铝电极片的顶部两端分别连接两个负极耳连接片，所述空气电极两端延伸到单元框体外部的左右两个侧面处并分别连接两个正极导电弹片，所述两个负极耳连接片接触连接相邻的所述发电模组单元的两个正极导电弹片。

2.根据权利要求1所述的发电模组单元，其特征在于，所述负极耳连接片为L形，L形的水平端与铝电极片平行且可拆卸地连接，L形的竖直端伸出所述单元框体的侧面且垂直于铝电极片；所述铝电极片与负极耳连接片的竖直端所指方向相同的一面为正面，铝电极片与负极耳连接片的竖直端所指方向相反的一面为背面。

3.根据权利要求1和2任一项所述的发电模组单元，其特征在于，所述空气电极包括第一空气电极和第二空气电极，所述第一空气电极设置在铝电极片的背面一侧，第二空气电极设置在铝电极片的正面一侧；

所述第一空气电极包括第一集流网及其两端的第一正极板和第二正极板，所述第二空气电极包括第二集流网；所述第一正极板和第二正极板分别伸出并贴合所述的单元框体的左右两个侧面，分别接触所述第二集流网左右两端的边缘。

4.根据权利要求3所述的发电模组单元，其特征在于，所述第一空气电极还包括第一催化防水透气膜和第一防水透气膜，所述第二空气电极还包括第二催化防水透气膜和第二防水透气膜；

在所述铝电极片与第一集流网之间设置第一催化防水透气膜，在所述铝电极片与第二集流网之间设置第二催化防水透气膜，催化剂均匀涂覆在所述第一催化防水透气膜和第二催化防水透气膜的两侧，所述第一催化防水透气膜和第二催化防水透气膜之间形成电解液腔体；所述第一防水透气膜设在第一集流网的外侧，第二防水透气膜设在第二集流网的外侧。

5.根据权利要求1所述的发电模组单元，其特征在于，所述正极导电弹片包括底板和连接部，所述底板为条状导电金属，所述连接部设在底板上表面的顶部，所述连接部的顶端固定在底板上表面的顶端，连接部的底端能够在底板的上表面自由伸缩，连接部的中部设有至少一条梭形片，所述梭形片相对于底板为倾斜状，所述梭形片与底板所成角度为5-70度。

6.根据权利要求1所述的发电模组单元，其特征在于，所述单元框体包括边框和导液管，所述边框位于单元框体的周围，所述导液管位于所述边框的底部；所述边框底部的底面上设有电解液进口，所述边框底部设有凹陷的液槽，所述液槽与电解液进口相通；

所述导液管设置在所述边框底部的液槽内部。

7.根据权利要求6所述的发电模组单元，其特征在于，所述单元框体的顶部两端分别设有负极插槽，所述负极插槽的开口向上，所述负极耳连接片的水平端能够分别由上向下地插入两个所述负极插槽中，完成所述铝电极片的固定。

8.根据权利要求6所述的发电模组单元，其特征在于，所述边框两侧的顶部分别设有电解液分流出口，边框两侧立柱的内部分别设有流道，两个所述电解液分流出口分别与两条所述流道相通，两条流道的底部由所述导液管相连通，一条所述流道的底部在所述边框底部的底面上设有开口，所述开口为电解液出口。

9.根据权利要求6所述的发电模组单元，其特征在于，所述边框一侧立柱的顶部设有电解液分流出口，设有所述电解液分流出口的侧面立柱内部设有流道，所述电解液分流出口与流道相通，所述边框的底面上且相对所述电解液分流出口的一侧设有电解液出口，所述导液管连通所述流道与电解液出口。

10.根据权利要求1所述的发电模组单元，其特征在于，相邻发电模组单元之间的空间为空气腔，并设置空气导流格栅，所述空气导流格栅包括框体和导流片；

所述空气导流格栅的外部四周为框体，所述框体的底部设有空气进口，所述框体的侧面边框的顶部设有空气出口；

所述导流片设置在空气导流格栅的框体的正面，所述导流片的一端固定在空气导流格栅的侧面框体上，另一端悬空，相邻的导流片则相应地一端悬空，另一端固定在空气导流格栅的另一侧面的框体上。