CN112670538A - 一种多功能便携式金属空气电源 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种多功能便携式金属空气电源，包括壳体；所述的壳体内腔均匀设置有多块隔板，所述的隔板之间、所述的隔板与壳体之间的腔体构成多个反应腔；所述的反应腔中部均设置有液态电解质溶剂和金属板阳极，所述的金属板阳极的顶部均与阳极盖板固定连接；所述的隔板由五层结构构成，中间层为集流板层，外侧两层为防水透气层，集流板层和防水透气层之间为催化剂层了，所述的催化剂层上部为消氢催化剂，下部为氧还原催化剂，所述的氧还原催化剂还作为空气阴极；本发明利用所述的消氢催化剂，可使反应过程中产生的氢气与氧气反应释放出热量，并用于加热电解液，解决了金属空气电池在低温环境下，启动时间长、放电性能差的问题。

Description

一种多功能便携式金属空气电源
技术领域
本发明涉及金属空气电源领域，尤其涉及一种多功能便携式金属空气电源。
背景技术
在高海拔地区作业、科考、救援时，由于交通不便、电网不通，工作人员常常需要携带便携式电源，为手提电脑、手电筒等随身工具提供电源；且高海拔地区天气寒冷，氧气稀薄，需要背负大容量氧气瓶，携带不便。
在以往便携式电源通常采用锂电池发电技术，但是锂电池比能量低、自放电问题严重，为了保证充足的电能供给，比能量低问题会导致电源体积重量大，携带不方便，自放电问题会导致在紧急时刻电能供应不足。
金属空气电源具有比能量高、无自放电等优势，逐渐引起人们的关注，但是金属空气电源在高海拔地区还存在以下缺陷：
高海拔地区天寒少氧，天寒将导致电解液温度过低，少氧则导致金属空气电源放电反应所需的氧气不足，以上两种情况都将直接影响金属空气电源的放电性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多功能便携式金属空气电源，能够解决现有的锂电池比能量低的问题，还能够解决现有的金属空气电源在高海拔天寒少氧地区存在的缺陷。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种多功能便携式金属空气电源，包括壳体；所述的壳体上设置有可拆卸端盖；所述的壳体内腔均匀设置有多块隔板，所述的隔板之间、所述的隔板与壳体之间的腔体构成多个反应腔；所述的反应腔中部均设置有液态电解质溶剂和金属板阳极，所述的金属板阳极的底部与反应腔的底部接触，所述的金属板阳极的顶部均与阳极盖板固定连接，所述的阳极盖板的大小和形状与端盖的大小和形状相同，且阳极盖板固定在端盖下表面；所述的隔板由五层结构构成，中间层为集流板层，外侧两层为防水透气层，集流板层和防水透气层之间为催化剂层了，所述的催化剂层上部为消氢催化剂，下部为氧还原催化剂，所述的氧还原催化剂还作为空气阴极；所述的壳体侧壁与所述的金属板阳极之间、所述的金属板阳极与所述的隔板之间均设置有电解质板，所述的电解质板的长度与反应腔的长度相同，所述的壳体侧壁上与反应腔对应的位置开设有多个电解质板通孔，所述的电解质板通孔开设在同一水平面上且与所述的电解质板的宽度相同，所述的电解质板通孔开设的高度高于所述的液态电解质溶剂的液面，所述的多个电解质板的一端与外端板固定连接，固态电解质设置在所述的电解质板上；所述的壳体内腔底部设置有产氧装置，所述的产氧装置由防水透气膜、开设有出氧孔的出氧板、氧烛堆叠而成；所述的端盖上设置有与集流板电连接的电能输出端子。
所述的壳体外部粘贴有隔热膜。
所述的阳极盖板上与反应腔对应的位置开设有散热孔，所述的端盖上对应的位置设置有与所述的散热孔对应的可拆卸散热盖。
所述的阳极盖板与所述的端盖之间还设置有绝缘层，所述的绝缘层上的对应位置处也开设有散热孔。
所述的隔板采用两块，金属板阳极采用三块。
所述的外端板与所述的壳体的外壁通过搭扣组件连接；所述的外端板内壁周边设置有密封条，所述的壳体的对应位置开设有与所述的密封条位置对应的密封槽。
所述的外端板的内壁上还开设有与电解质板对应的多个盲孔，所述的多个电解质板与所述的外端板通过所述的多个盲孔过盈配合。
所述的外端板上还设置有把手。
所述的产氧装置底部与壳体底板之间这只有绝缘层和隔热层，所述的产氧装置的侧壁与所述的壳体内腔之间用胶封密封处理。
本发明的有益效果：
首先：本发明利用所述的消氢催化剂，可使所述的金属板阳极发生自腐蚀副反应过程中产生的氢气与氧气反应释放出热量，并将释放的热量用于加热电解液，使电解液的温度上升到合适的温度值，提高了所述的氧还原催化剂的性能，解决了金属空气电池在低温环境下，启动时间长、放电性能差的问题；
其次，本发明利用所述的产氧装置，可使所述的氧烛在产氧过程中释放的热量用于加热电解液，使电解液的温度上升到合适的温度值，进一步提高了所述的氧还原催化剂的性能，解决了金属空气电池在低温环境下，启动时间长、放电性能差的问题；
再次，本发明利用所述的供氧口，在高海拔地区，可使用产氧装置为使用者供给氧气；
最后，本发明还可通过撕下所述的隔热膜的形式，为使用者提供热量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明所述的金属空气电源的外部结构示意图；
图2为本发明所述的金属空气电源的内部结构示意图；
图3为本发明所述的阳极盖板和金属板阳极的结构示意图；
图4为本发明所述的电解质板和外端板的结构示意图；
图5为本发明所述的产氧装置的结构示意图；
图6为本发明所述的隔板的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-图6所示：本发明所述的一种多功能便携式金属空气电源，包括壳体1；所述的壳体1上设置有可拆卸端盖2；所述的壳体1内腔均匀设置有多块隔板13，所述的隔板13之间、所述的隔板13与壳体1之间的腔体构成多个反应腔；所述的反应腔中部均设置有液态电解质溶剂和金属板阳极12，所述的金属板阳极12的底部与反应腔的底部接触，所述的金属板阳极12的顶部均与阳极盖板5固定连接，所述的阳极盖板5的大小和形状与端盖2的大小和形状相同，且阳极盖板5固定在端盖2下表面；所述的隔板13由五层结构构成，中间层为集流板层18，外侧两层为防水透气层17，集流板层18和防水透气层17之间为催化剂层了，所述的催化剂层上部为消氢催化剂19，下部为氧还原催化剂16，所述的氧还原催化剂16还作为空气阴极；所述的壳体1侧壁与所述的金属板阳极12之间、所述的金属板阳极12与所述的隔板13之间均设置有电解质板11，所述的电解质板11的长度与反应腔的长度相同，所述的壳体1侧壁上与反应腔对应的位置开设有多个电解质板11通孔，所述的电解质板11通孔开设在同一水平面上且与所述的电解质板11的宽度相同，所述的电解质板11通孔开设的高度高于所述的液态电解质溶剂的液面，所述的多个电解质板11的一端与外端板6固定连接，固态电解质设置在所述的电解质板11上；所述的壳体1内腔底部设置有产氧装置3，所述的产氧装置3由防水透气膜、开设有出氧孔15的出氧板14、氧烛堆叠而成；所述的端盖2上设置有与集流板电连接的电能输出端子10。
本发明所述的一种多功能便携式金属空气电源的工作原理为：
使用前，所述的固态电解质设置在所述的电解质板11上，通过所述的电解质板11与所述的液态电解质溶剂实现分离，金属空气电源由于缺少放电反应必须的电解液而无法进行，因此，避免了自放电的情况发生，保证了金属空气电源的充足电能供应；进一步的，使用时，通过所述的外端板6将所述的电解质板11抽出所述的壳体1，使固态电解质落入液态电解质溶剂，形成电解液，金属板阳极12在电解液和氧还原催化剂16的作用下发生放电反应，由于高海拔地区气温较低，因此氧还原催化剂16活性不足，主要发生自腐蚀副反应（以所述的金属板阳极12采用铝板为例进行说明）：
2Al+2OH-+6H2O→2[Al(OH)4]-+3H2；
在自腐蚀副反应过程中释放出的氢气，聚集在反应腔上部，通过所述的隔板13上部设置的所述的消氢催化剂19发生消氢反应，并释放出热量：
H2(g)+O2(g)→H2O(l)+Q1 ；
其中H2(g)和O2(g)为0 kJ/mol，H2O(l)为-285.8 kJ/mol，因此释放的热量为Q1为285.8kJ；
上述消氢反应释放出的热量通过热传递为电解液加热，提高所述的氧还原催化剂16的活性，使所述的金属板阳极12发生放电主反应：
4Al+3O2+4OH-+6H2O→4[Al(OH)4]- ；
放电主反应过程中产生的电能由集流板收集，并通过设置在所述的端盖2上的所述的电能输出端子10输出，为电脑、手电筒等负载提供充足的电能供应；
进一步的，上述放电主反应过程中需要的氧气由所述的产氧装置3提供，具体的，所述的产氧装置3中的所述的氧烛动作释放出氧气，并由出氧板14上的出氧孔15逸散，最终经防水透气膜逸散到所述的反应腔内，为上述的放电主反应和消氢反应提供氧气；同时，所述的氧烛产氧过程中释放的热量也能为电解液解热，保证所述的氧还原催化剂16的活性。
优选的：所述的壳体1外部粘贴有隔热膜，当使用者在高海拔地区感觉寒冷时，还可撕下所述的隔热膜取暖；进一步的，当金属空气电源温度过高时，还可通过撕下所述的隔热膜的方式为金属空气电源散热。
优选的：所述的阳极盖板5上与反应腔对应的位置开设有散热孔4，所述的端盖2上对应的位置设置有与所述的散热孔4对应的可拆卸散热盖；当金属空气电源温度过高时，为了加快散热速度，还可通过打开所述的散热盖的方式，使所述的反应腔内的热量通过所述的散热孔4快速逸散到金属空气电源外。
优选的：所述的阳极盖板5与所述的端盖2之间还设置有绝缘层，所述的绝缘层上的对应位置处也开设有散热孔4；所述的绝缘层的设置，一方面避免电能的流失，另一方面还能保证使用者的安全。
优选的：所述的隔板13采用两块，金属板阳极12采用三块，以在便携的前提下，保证充足的电能供应；进一步的，为了实现更多的电能供应，所述的隔板13和所述的金属板阳极12的数目可选择更多，但是要牺牲一定的便携性，即增大金属空气电源的体积；上述选择是本领域技术人员可在本申请的基础上做出的适应性的选择，这里不再赘述。
优选的：所述的外端板6与所述的壳体1的外壁通过搭扣连接组件7连接；所述的外端板6内壁周边设置有密封条，所述的壳体1的对应位置开设有与所述的密封条位置对应的密封槽；使用所述的搭扣连接组件7可便于所述的外端板6抽拉，所述的密封条和对应的密封槽的设置能保证所述的外端板6与所述的壳体1之间的密封性。
优选的：所述的外端板6的内壁上还开设有与电解质板11对应的多个盲孔，所述的多个电解质板11与所述的外端板6通过所述的多个盲孔过盈配合；抽出所述的外端板6后，可将所述的多个电解质板11从所述的盲孔拔出，然后再将所述的外端板6通过所述的搭扣连接组件7设置在所述的壳体1上，保证金属空气电源的密封性。
优选的：所述的外端板6上还设置有把手8，便于金属空气电源的携带。
优选的：所述的产氧装置3底部与壳体1底板之间这只有绝缘层和隔热层，所述的产氧装置3的侧壁与所述的壳体1内腔之间用胶封密封处理，保证产氧装置3工作的可靠性。
优选的：所述的防水透气膜与出氧板14之间有间隙，所述的壳体1上开设有与所述的防水透气膜与出氧板14之间的间隙连通的供氧口9，所述的供氧口9上设置有阀门，用于通过产氧装置3向外供给氧气；所述的防水透气膜与出氧板14之间的间隙构成存氧区，所述的氧烛产生氧气后，氧气先进入存氧区，然后通过所述的防水透气膜逸散到所述的反应腔内；此时，若高海拔地区的使用者缺乏氧气，可打开所述的供氧口9上设置的阀门，使存氧区内的氧气通过所述的供氧口9供给给使用者。
与现有技术相比，本发明所述的一种多功能便携式金属空气电源的有益效果为：
首先：本发明利用所述的消氢催化剂19，可使所述的金属板阳极12发生自腐蚀副反应过程中产生的氢气与氧气反应释放出热量，并将释放的热量用于加热电解液，使电解液的温度上升到合适的温度值，提高了所述的氧还原催化剂16的性能，解决了金属空气电池在低温环境下，启动时间长、放电性能差的问题；
其次，本发明利用所述的产氧装置3，可使所述的氧烛在产氧过程中释放的热量用于加热电解液，使电解液的温度上升到合适的温度值，进一步提高了所述的氧还原催化剂16的性能，解决了金属空气电池在低温环境下，启动时间长、放电性能差的问题；
再次，本发明利用所述的供氧口9，在高海拔地区，可使用产氧装置3为使用者供给氧气；
最后，本发明还可通过撕下所述的隔热膜的形式，为使用者提供热量。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种多功能便携式金属空气电源，其特征在于：包括壳体；所述的壳体上设置有可拆卸端盖；所述的壳体内腔均匀设置有多块隔板，所述的隔板之间、所述的隔板与壳体之间的腔体构成多个反应腔；所述的反应腔中部均设置有液态电解质溶剂和金属板阳极，所述的金属板阳极的底部与反应腔的底部接触，所述的金属板阳极的顶部均与阳极盖板固定连接，所述的阳极盖板的大小和形状与端盖的大小和形状相同，且阳极盖板固定在端盖下表面；所述的隔板由五层结构构成，中间层为集流板层，外侧两层为防水透气层，集流板层和防水透气层之间为催化剂层了，所述的催化剂层上部为消氢催化剂，下部为氧还原催化剂，所述的氧还原催化剂还作为空气阴极；所述的壳体侧壁与所述的金属板阳极之间、所述的金属板阳极与所述的隔板之间均设置有电解质板，所述的电解质板的长度与反应腔的长度相同，所述的壳体侧壁上与反应腔对应的位置开设有多个电解质板通孔，所述的电解质板通孔开设在同一水平面上且与所述的电解质板的宽度相同，所述的电解质板通孔开设的高度高于所述的液态电解质溶剂的液面，所述的多个电解质板的一端与外端板固定连接，固态电解质设置在所述的电解质板上；所述的壳体内腔底部设置有产氧装置，所述的产氧装置由防水透气膜、开设有出氧孔的出氧板、氧烛堆叠而成；所述的端盖上设置有与集流板电连接的电能输出端子。
2.根据权利要求1所述的一种多功能便携式金属空气电源，其特征在于：所述的壳体外部粘贴有隔热膜。
3.根据权利要求1所述的一种多功能便携式金属空气电源，其特征在于：所述的阳极盖板上与反应腔对应的位置开设有散热孔，所述的端盖上对应的位置设置有与所述的散热孔对应的可拆卸散热盖。
4.根据权利要求2所述的一种多功能便携式金属空气电源，其特征在于：所述的阳极盖板与所述的端盖之间还设置有绝缘层，所述的绝缘层上的对应位置处也开设有散热孔。
5.根据权利要求1所述的一种多功能便携式金属空气电源，其特征在于：所述的隔板采用两块，金属板阳极采用三块。
6.根据权利要求1所述的一种多功能便携式金属空气电源，其特征在于：所述的外端板与所述的壳体的外壁通过搭扣组件连接；所述的外端板内壁周边设置有密封条，所述的壳体的对应位置开设有与所述的密封条位置对应的密封槽。
7.根据权利要求6所述的一种多功能便携式金属空气电源，其特征在于：所述的外端板的内壁上还开设有与电解质板对应的多个盲孔，所述的多个电解质板与所述的外端板通过所述的多个盲孔过盈配合。
8.根据权利要求7所述的一种多功能便携式金属空气电源，其特征在于：所述的外端板上还设置有把手。
9.根据权利要求1所述的一种多功能便携式金属空气电源，其特征在于：所述的产氧装置底部与壳体底板之间这只有绝缘层和隔热层，所述的产氧装置的侧壁与所述的壳体内腔之间用胶封密封处理。
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