CN113644349A - 一种可用于风光发电储能的长寿命可充式锌-空气电池堆 - Google Patents

一种可用于风光发电储能的长寿命可充式锌-空气电池堆 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可用于风光发电储能的长寿命可充式锌‑空气电池堆，该电池堆包括包括若干个可充式锌‑空气单体电池、螺线管式导线支撑结构及导线、永磁体、电池堆外壳和冷却流道。本发明的可充式锌‑空气单体电池中的不锈钢支架将网格镍和空气电极并联连接，加快了充电时氧气从电解液中析出的速率，提高了充电效率；利用风光发电脉冲电流产生的直线磁场和永磁体的恒定直线磁场作用，遏制了锌枝晶生长，改善了锌电极表面的形貌，延长了电池堆的循环使用寿命；瓦楞状电池堆外壳、电池堆外壳通风孔以及蛇形波纹状冷却流道，保证了电池的有效散热。该发明应用前景广泛，符合分布式能源系统的构建理念。

Description

一种可用于风光发电储能的长寿命可充式锌-空气电池堆
技术领域
本发明属于电池堆储能领域，具体涉及到一种可用于新能源发电储能 的锌-空气电池堆。
背景技术
电能作为一种特殊的二次能源，主导着社会的发展和科技的进步。目 前，全球范围内主要依赖煤、石油和天然气等非可再生能源发电。然而，随着 全球化石能源储量日趋减少，能源供需矛盾愈发尖锐。因此，风能和太阳能等 新能源发电被视作传统方式的补充甚至替代，具有广阔的应用前景。
为对风能和太阳能等新能源转化得到的电能进行有效存储，实现分布 式能源系统的构建，通常使用铅酸、镍镉或锂电池等媒介作为储能装置。然而， 尽管相关技术较为成熟，但上述储能装置的成本、价格以及污染等问题制约了 其进一步发展。
可充式锌-空气电池堆结构简单、原料造价低廉(23元/kg)、比能量 高(1.35×103Wh/kg)、工作稳定可靠同时维护方便，用于风光发电储能领域将 有极为光明的前景。然而，该电池的发展尚存如下不足之处：
(1)大电流充电过程中，由于氧气不能及时地排出电解液而造成充电 效率降低；
(2)充电时，锌电极表面的锌枝晶状生长问题始终未能有效解决，这 极易造成电池短路，进而产生热失控并影响电池的使用寿命。
上述问题极大地限制了可充式锌-空气电池的进一步发展。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种可用于风光发 电储能的长寿命可充式锌-空气电池堆，从而有效提高电池堆的充电效率，并改 善锌枝晶生长问题。
为实现本发明的目的，提供下述技术方案。
一种可用于风光发电储能的长寿命可充式锌-空气电池堆，其特征在 于：该可用于风光发电储能的长寿命可充式锌-空气电池堆，包括若干个可充式 锌-空气单体电池、螺线管式导线支撑结构及导线、永磁体、电池堆外壳和冷却 流道；
其中，所述可充式锌-空气单体电池，包括锌电极、空气电极、网格镍、 不锈钢支架和电解液，不锈钢支架将网格镍和空气电极并联连接，若干个单体 电池之间采用串联、并联或串并联连接方式；
所述螺线管式导线支撑结构及导线，全都均匀密绕在电池外表面以创 造直线磁场；
所述永磁体，紧贴于串联连接的一组电池的两电极外侧以创造恒定直 线磁场；
所述电池堆外壳，为六面体结构，将电池堆包覆其中；
所述冷却流道，为不锈钢材质的蛇形波纹状圆管。
进一步地，网格镍的孔隙面积为1-3mm2；电解液为溶解了0.5mol/L 氧化锌的6mol/L氢氧化钾溶液。
进一步地，螺线管式导线支撑结构的材料为低密度高压聚乙烯。
进一步地，永磁体的N极和S极分置于串联连接的一组电池的两电极 外侧，且N极和S极不分顺序只要保持两电极外侧磁性相异即可。
进一步地，电池堆外壳的材料为低密度高压聚乙烯，六个面均为瓦楞 形状以更好地散热，四个侧面均有通风孔以便散热和氧气的输运。
进一步地，冷却流道放置于电池堆外壳底部，利用冷却水的流动实现 冷却功能。
与现有技术相比，本发明有如下有益效果：
(1)本发明将网格镍作为充电电极，与空气电极并联连接，有效减小 了电池内阻，更有利于充电过程中氧气的快速排出，加速了外电路电子传输； 此外，网格镍和锌电极之间构成的原电池在放电过程中直接参与电化学反应， 提高了电池的放电电流；
(2)本发明利用风光发电时脉冲电流在螺线管型充电导线中产生的直 线磁场和外加永磁体产生的恒定直线磁场，有效遏制了锌的枝晶生长，促进锌 电极表面形貌的均匀性，延长了电池堆的循环使用寿命；
(3)本发明利用瓦楞形状的电池堆外壳、外壳侧面的通风孔以及外壳 底面的蛇形波纹状冷却流道，有效缓解了电池的散热问题。
附图说明
图1是本发明的一种可用于风光发电储能的长寿命可充式锌-空气单体 电池的结构示意图；
图2是本发明的一种可用于风光发电储能的长寿命可充式锌-空气电池 堆的结构示意图；
图3是本发明的一种可用于风光发电储能的长寿命可充式锌-空气电池 堆的冷却流道的结构示意图。
图中：1.锌电极、2.空气电极、3.网格镍、4.不锈钢支架、5.风光发 电装置、6.氢氧根离子、7.用电器、8.可充式锌-空气单体电池、9.螺线管式 导线支撑结构及导线、10.永磁体、11.电池堆外壳、12.冷却流道。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
如图1、图2和图3所示，图1是本发明的一种可用于风光发电储能的 长寿命可充式锌-空气单体电池的结构示意图；图2是本发明的一种可用于风光 发电储能的长寿命可充式锌-空气电池堆的结构示意图；图3是本发明的一种可 用于风光发电储能的长寿命可充式锌-空气电池堆的冷却流道的结构示意图。
如图1所示，一种可用于风光发电储能的长寿命可充式锌-空气单体电 池的结构示意图，其结构特点包括：不锈钢支架4作为导体，将空气电极2和 网格镍3并联连接，有效减小了充电过程中的内阻，更利于电解液中离子、外 电路电子和氧气的传输；而且在放电过程中网格镍3和锌电极1会形成原电池， 能够与锌-空气电池并联放电，增大了单体电池的放电电流。
如图2所示，一种可用于风光发电储能的长寿命可充式锌-空气电池堆 的结构示意图，其结构特点包括：若干个可充式锌-空气单体电池8串并联连接； 螺线管式导线支撑结构及导线9均匀密绕在串联连接的电池堆外表面，利用风 光发电的脉冲电流创造出直线磁场，起到遏制锌枝晶生长和改善锌电极表面形 貌的作用；此外还能加速氧气从电解液中析出，提高充电效率；磁性相异的两 永磁体10放置于串联连接的电池堆两电极外侧，以创造直线恒定磁场，进一步 增强磁场效应；电池堆外壳11为瓦楞形状，加之其四个侧面的通风孔，一起保 证了电池堆更好地散热。
如图3所示，一种可用于风光发电储能的长寿命可充式锌-空气电池堆 的冷却流道的结构示意图，其结构特点包括：冷却流道12为蛇形波纹状圆管， 位于电池堆外壳11底部，冷却水从其中流过带走电池堆工作时产生的热量及导 线散热。
本发明实施例中，网格镍3的孔隙面积为2mm2，电解液为溶解了0.5 mol/L氧化锌的6mol/L氢氧化钾溶液。
本发明实施例中，螺线管式导线支撑结构的材料为低密度高压聚乙烯， 从而更好地传导导线热量。
本发明实施例中，永磁体10的N极放置于串联连接的一组电池锌电极 1一侧，S极放置于串联连接的一组电池空气电极2一侧。
本发明实施例中，8个可充式锌-空气单体电池8串联连接为1组，共 4组并联连接，第一组供夜间照明使用，第二组供汽车充电桩使用，第三组供手 机充电使用，第四组供交通指示灯使用。
本发明实施例中，电池堆外壳11的材料为低密度高压聚乙烯，保证电 池堆内部更好地散热的同时，也减轻了电池堆整体的质量。
需要说明的是，上述实施方式仅是示例性的，且本发明不应限制于上 述实施方式。应当理解，凡是在本发明的基础、原理上所做的任何改变及替代 等，均应在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种可用于风光发电储能的长寿命可充式锌-空气电池堆，其特征在于：该可用于风光发电储能的长寿命可充式锌-空气电池堆，包括若干个可充式锌-空气单体电池8、螺线管式导线支撑结构及导线9、永磁体10、电池堆外壳11和冷却流道12；
其中，所述可充式锌-空气单体电池8，包括锌电极1、空气电极2、网格镍3、不锈钢支架4和电解液，不锈钢支架4将网格镍3和空气电极2并联连接，若干个单体电池之间采用串联、并联或串并联连接方式；
所述螺线管式导线支撑结构及导线9，全都均匀密绕在电池外表面以创造直线磁场；
所述永磁体10，紧贴于串联连接的一组电池的两电极外侧以创造恒定直线磁场；
所述电池堆外壳11，为六面体结构，将电池堆包覆其中；
所述冷却流道12，为不锈钢材质的蛇形波纹状圆管。
2.根据权利要求1所述的一种可用于风光发电储能的长寿命可充式锌-空气电池堆，其特征在于：网格镍3的孔隙面积为1-3mm2；电解液为溶解了0.5mol/L氧化锌的6mol/L氢氧化钾溶液。
3.根据权利要求1所述的一种可用于风光发电储能的长寿命可充式锌-空气电池堆，其特征在于：螺线管式导线支撑结构的材料为低密度高压聚乙烯。
4.根据权利要求1所述的一种可用于风光发电储能的长寿命可充式锌-空气电池堆，其特征在于：永磁体10的N极和S极分置于串联连接的一组电池的两电极外侧，且N极和S极不分顺序只要保持两电极外侧磁性相异即可。
5.根据权利要求1所述的一种可用于风光发电储能的长寿命可充式锌-空气电池堆，其特征在于：电池堆外壳11的材料为低密度高压聚乙烯，六个面均为瓦楞形状以更好地散热，四个侧面均有通风孔以便散热和氧气的输运。
6.根据权利要求1所述的一种可用于风光发电储能的长寿命可充式锌-空气电池堆，其特征在于：冷却流道12放置于电池堆外壳11底部，利用冷却水的流动实现冷却功能。
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