CN114361552B - 一种对称双阴极结构电池及其制备方法和放电方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种对称双阴极结构电池及其制备方法和放电方法，包括电池上阴极极板、电池下阴极极板、电池左阳极极板、电池右阳极极板、第一电流导出杆、第一电池连接片、第一分段电池和第二分段电池，电池上阴极极板扣合在电池下阴极极板上，电池上阴极极板和电池下阴极极板之间夹设有电池左阳极极板、第一分段电池、第一电池连接片、第二分段电池和电池右阳极极板，电池左阳极极板、第一电池连接片和电池右阳极极板的一端穿设有第一电流导出杆，电池上阴极极板开设第一上凹槽避开第一电池连接片，电池下阴极极板开设第一下凹槽避开第一电池连接片。本发明提供的对称双阴极结构电池能够解决阴阳极放电反应因集流面积差异造成的浓差极化的问题。

Description

一种对称双阴极结构电池及其制备方法和放电方法

技术领域

本发明涉及电池技术领域，尤其涉及一种对称双阴极结构电池及其制备方法和放电方法。

背景技术

现有技术中的电池，例如长方体电池，并未考虑阴阳极集流面积对等问题，而是从集流总面积出发决定了电池的长宽高尺寸，那么从两个宽高面导出电子，从两个长宽面导入电子，长宽面面积明显远大于宽高面面积，这样就造成了电路中输出电子能力低于输入电子能力，在阴阳极反应面积相同的情况下输入输出的不同直接影响到电化学反应速率，从而造成电池浓差极化现象的发生。

具体的，例如平板式阳极支撑型对称双阴极结构电池，英文全称为Double sidedCathodes-Solid Oxide Fuel Cell，英文简称为DSC-SOFC，其由于结构上的对称性，阴极在两个长宽平面上，而阳极则位于两个宽高平面上，这样就导致放电时阴阳极集流面积的不同，很明显阴极集流面积远大于阳极集流面积。

因此，如何提供一种对称双阴极结构电池，以避免在放电过程中的浓差极化问题，是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种对称双阴极结构电池，以避免在放电过程中的浓差极化问题。本发明的另一目的在于提供一种上述对称双阴极结构电池的制备方法。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种对称双阴极结构电池，包括电池上阴极极板、电池下阴极极板、电池左阳极极板、电池右阳极极板、第一电流导出杆、第一电池连接片、第一分段电池和第二分段电池，其中，

所述电池上阴极极板扣合在所述电池下阴极极板上且通过连接件固定连接，

所述电池上阴极极板和所述电池下阴极极板之间自左向右依次夹设有所述电池左阳极极板、所述第一分段电池、所述第一电池连接片、所述第二分段电池和所述电池右阳极极板，

所述电池左阳极极板、所述第一电池连接片和所述电池右阳极极板的一端设置有所述第一电流导出杆，

所述电池上阴极极板上开设有第一上凹槽避开所述第一电池连接片，所述电池下阴极极板上开设有第一下凹槽避开所述第一电池连接片。

优选的，上述第二分段电池和所述电池右阳极极板之间还依次设置有第二电池连接片和第三分段电池，

所述电池左阳极极板、所述第一电池连接片、所述第二电池连接片和所述电池右阳极极板的一端设置有所述第一电流导出杆，

所述电池上阴极极板上开设有第二上凹槽避开所述第二电池连接片，所述电池下阴极极板上开设有第二下凹槽避开所述第二电池连接片。

优选的，上述的对称双阴极结构电池还包括第二电流导出杆，

所述电池左阳极极板、所述第一电池连接片、所述第二电池连接片和所述电池右阳极极板的另一端设置有所述第二电流导出杆。

优选的，上述第一电池连接片和所述第二电池连接片为不锈钢导电材质。

优选的，上述分段电池的阴极集流面的面积为阳极集流面的面积的1.0-1.2倍。

优选的，上述的对称双阴极结构电池还包括第二电流导出杆，

所述电池左阳极极板、所述第一电池连接片和所述电池右阳极极板的另一端设置有所述第二电流导出杆。

本发明还提供一种对称双阴极结构电池的制备方法，包括：

步骤1)电池裁切：在电池坯体挤出时进行裁切，沿所述电池坯体的长边将所述电池坯体裁切分成若干等份形成多个分段电池，每块所述分段电池的阴极集流面的面积为阳极集流面的面积的1.0-1.2倍；

步骤2)电池集成：相邻的两个所述分段电池之间通过一个电池连接片重新拼接起来，每块所述分段电池之间为并联；

步骤3)电流导出：电流从所述电池连接片处导出。

优选的，每块所述分段电池的阴极集流面的面积与阳极集流面的面积相等。

优选的，上述步骤1)还包括，计算所述电池坯体的阳极面积，

在保证所述电池坯体的宽度不变的情况下利用计算出的所述电池坯体的阳极面积，计算出裁切后的所述分段电池的长度，

最后以所述电池坯体的总长度除以计算出的所述分段电池的长度，得到需要裁切出的所述分段电池的数量。

优选的，上述步骤2)还包括，通过所述电池连接片重新拼接之前，打磨所述分段电池的阳极面光滑平整。

本发明还提供一种对称双阴极结构电池的放电方法，基于上述任意一项所述的对称双阴极结构电池，

所述第一电池连接片将阳极电极由所述第一电流导出杆直接导向所述电池左阳极极板和所述电池右阳极极板。

本发明提供的对称双阴极结构电池，包括电池上阴极极板、电池下阴极极板、电池左阳极极板、电池右阳极极板、第一电流导出杆、第一电池连接片、第一分段电池和第二分段电池，其中，

所述电池上阴极极板扣合在所述电池下阴极极板上且通过连接件固定连接，

所述电池上阴极极板和所述电池下阴极极板之间自左向右依次夹设有所述电池左阳极极板、所述第一分段电池、所述第一电池连接片、所述第二分段电池和所述电池右阳极极板，

所述电池左阳极极板、所述第一电池连接片和所述电池右阳极极板的一端穿设有所述第一电流导出杆，

所述电池上阴极极板上开设有第一上凹槽避开所述第一电池连接片，所述电池下阴极极板上开设有第一下凹槽避开所述第一电池连接片。

本发明提供的对称双阴极结构电池，通过电池连接片的引入，将单块大面积电池转化为多块小面积电池的组合，实现了阴阳极集流面积的一致性，从而解决阴阳极放电反应因集流面积差异造成的浓差极化的问题。多个分段电池通过电池连接片重新结合为一个整体，整合后的电池放电实际为多段电池的并联放电。

本发明提供的对称双阴极结构电池，其电池组合结构缩短了电流的流经路径，电流可以从电池连接片处导出，很大程度减小了阳极欧姆电阻，减小了放电时的阳极电阻。

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为本发明实施例提供的对称双阴极结构电池的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的对称双阴极结构电池放电时的整块电池、两块电池和三块电池的对比示意图。

上图1和图2中：

第一分段电池1、第二分段电池2、第三分段电池3、第一电池连接片4、第二电池连接片5、第一上凹槽6、第一电流导出杆7、第二电流导出杆8、电池上阴极极板9、电池下阴极极板10、电池左阳极极板11、电池右阳极极板12、第一下凹槽13。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

请参考图1和图2，图1为本发明实施例提供的对称双阴极结构电池的结构示意图；图2为本发明实施例提供的对称双阴极结构电池放电时的整块电池、两块电池和三块电池的对比示意图。

本发明实施例提供的对称双阴极结构电池，包括电池上阴极极板9、电池下阴极极板10、电池左阳极极板11、电池右阳极极板12、第一电流导出杆7、第一电池连接片4、第一分段电池1和第二分段电池2，其中，

电池上阴极极板9扣合在电池下阴极极板10上且通过连接件固定连接，

电池上阴极极板9和电池下阴极极板10之间自左向右依次夹设有电池左阳极极板11、第一分段电池1、第一电池连接片4、第二分段电池2和电池右阳极极板12，

电池左阳极极板11、第一电池连接片4和电池右阳极极板12的一端设置有第一电流导出杆7，

电池上阴极极板9上开设有第一上凹槽6避开第一电池连接片4，电池下阴极极板10上开设有第一下凹槽13避开第一电池连接片4。

本发明实施例提供的对称双阴极结构电池，通过电池连接片的引入，将单块大面积电池转化为多块小面积电池的组合，实现了阴阳极集流面积的一致性，从而解决阴阳极放电反应因集流面积差异造成的浓差极化的问题。多个分段电池通过电池连接片重新结合为一个整体，整合后的电池放电实际为多段电池的并联放电。

本发明实施例提供的对称双阴极结构电池，其电池组合结构缩短了电流的流经路径，电流可以从电池连接片处导出，很大程度减小了阳极欧姆电阻，减小了放电时的阳极电阻。

为例进一步优化上述方案，上述的对称双阴极结构电池还包括第二电流导出杆8，

电池左阳极极板11、第一电池连接片4和电池右阳极极板12的另一端设置有第二电流导出杆8。

即，电流导出杆可调整并联电流的输出状态，如单侧导出(仅留1根杆)或双杆导出(2杆并存)，单杆集流时也可以调整集流的电池数量。

为例进一步优化上述方案，上述第二分段电池2和电池右阳极极板12之间还依次设置有第二电池连接片5和第三分段电池3，

电池左阳极极板11、第一电池连接片4、第二电池连接片5和电池右阳极极板12的一端设置有第一电流导出杆7，

电池上阴极极板9上开设有第二上凹槽避开第二电池连接片5，电池下阴极极板10上开设有第二下凹槽避开第二电池连接片5。

当然，还可以同理，依次增加第四分段电池、第五分段电池至第N分段电池，其他零部件同理对应设置相应结构，例如第三电池连接片、第三上凹槽等。

还有，对应的，上述的对称双阴极结构电池还包括第二电流导出杆8，

电池左阳极极板11、第一电池连接片4、第二电池连接片5和电池右阳极极板12的另一端设置有第二电流导出杆8。

具体的，电池连接片两端的端部可以是开设凹槽供第一电流导出杆7和第二电流导出杆8放入，当然也可以是开设通孔供第一电流导出杆7和第二电流导出杆8穿过，本发明实施例不对其做具体限定。

具体的，第一电池连接片1和第二电池连接片2为不锈钢导电材质。

具体的，分段电池的阴极集流面的面积为阳极集流面的面积的1.0-1.2倍。以分段电池的阴极集流面的面积与阳极集流面的面积相等为宜。

本发明实施例还提供一种对称双阴极结构电池的制备方法，包括：

步骤1)电池裁切：在电池坯体挤出时进行裁切，沿电池坯体的长边将电池坯体裁切分成若干等份形成多个分段电池，每块分段电池的阴极集流面的面积为阳极集流面的面积的1.0-1.2倍；

步骤2)电池集成：相邻的两个分段电池之间通过一个电池连接片重新拼接起来，每块分段电池之间为并联；

步骤3)电流导出：电流从电池连接片处导出。

为了进一步优化上述方案，每块分段电池的阴极集流面的面积与阳极集流面的面积相等。

为了进一步优化上述方案，步骤1)还包括，计算电池坯体的阳极面积，

在保证电池坯体的宽度不变的情况下利用计算出的电池坯体的阳极面积，计算出裁切后的分段电池的长度，

最后以电池坯体的总长度除以计算出的分段电池的长度，得到需要裁切出的分段电池的数量。

为了进一步优化上述方案，步骤2)还包括，通过电池连接片重新拼接之前，打磨分段电池的阳极面光滑平整。

本发明实施例还提供一种对称双阴极结构电池的放电方法，基于上述任意一项实施例所述的对称双阴极结构电池，

第一电池连接片将阳极电极由第一电流导出杆直接导向电池左阳极极板和电池右阳极极板。

实际上，当设置多个电池连接片时，每个电池连接片都能够将阳极电极由第一电流导出杆直接导向电池左阳极极板和电池右阳极极板。

本发明实施例提供的对称双阴极结构电池的放电方法相对于现有的放电方法，能够减少阳极电阻，其改进前后电流进出方式发生了变化。

例如，改进前，也就是采用的电池为整体一体式电池时，电流接线为正极，即电池上阴极极板9和电池下阴极极板10，以及负极，即电池左阳极极板11和电池右阳极极板12。电子从经电池左阳极极板11和电池右阳极极板12流出，经外电路放电后回电池上阴极极板9和电池下阴极极板10。这其中，电池的阳极反应所有释放的电子都必须从电池左阳极极板11和电池右阳极极板12导出，那么整体一体式电池上距离电池左阳极极板11和电池右阳极极板12这两个端点较远的部分，如电池中部的电子就必须经长距离跋涉才能到达电池左阳极极板11和电池右阳极极板12处，所受到的阻碍更大。

而改进后，即本发明实施例中采用多个分段电池，那么将电池沿宽方向裁切成多片，裁切尺寸以阴阳集流面积相等为依据，在裁切面放置电池连接片作为导流片，由多个电池连接片将阳极电子直接导向电池左阳极极板11和电池右阳极极板12两处，这样就减少了电子在电池内的移动距离，也就减少了阳极内阻。

如图2所示，最上面的线条为分成三块电池时的曲线，中间的线条为分成两块电池时的曲线，最下面的线条为一整块电池时的曲线，从图2中曲线可以发现分段后的可放电电流明显增大，且所分段数越多电流增加幅度也越大(相应集流面积范围内)，所有这些都表明随着电池分段数量的增加，电池的内阻在不断减小。

现有技术中，平板式阳极支撑型对称双阴极结构电池(DSC-SOFC)由于结构上的对称性，阴极在两个长宽平面上，而阳极则位于两个宽高平面上，这样就导致放电时阴阳极集流面积的不同，很明显阴极集流面积远大于阳极集流面积。如图1所示，改进前的电池实际为图1中的第一分段电池1、第二分段电池2和第三分段电池3的整体形式电池，即三个分段电池实为一整块电池。

图1中，电池上阴极极板9和电池下阴极极板10，负责将电流导入阴极表面，使氧气转变为氧离子。为防止电池上阴极极板9和电池下阴极极板10与电池连接片碰触而短路，与电池连接片相触的地方被铣成空槽，例如，电池上阴极极板9上开设有第一上凹槽6避开第一电池连接片4，电池下阴极极板10上开设有第一下凹槽13避开第一电池连接片4。

电池左阳极极板11和电池右阳极极板12，两者的螺栓连接口略有差异，阳极的总电流由此导出。

第一电池连接片4和第二电池连接片5，是本发明实施例提供的对称双阴极结构电池的关键装置，电池连接片采用不锈钢等导电材料制备，其作用是将各裁切后的电池固定在一起，同时又负责将各小电池的电流导出。

第一分段电池1、第二分段电池2和第三分段电池3，各为大的一整块电池裁切后的小电池中的一块，每块小电池设置有单独的阴极。

本发明实施例提供的对称双阴极结构电池在制备时，具体如下：

(1)电池的裁切

①计算电池阳极的面积大小(高宽面)，在保证电池宽度不变的情况下利用计算出的阳极面积计算出裁切后的电池长度，最后以大电池总长度除以计算出的裁切后电池长度，得到需要裁切的电池数量；

②电池挤出成型过程中，直接裁切出所需尺寸和数量的小片电池；

③按照生产标准制备出符合质量要求的小片全电池，要求一定裁切数量的小电池依长方向组合后与单片大电池尺寸基本相同。

(2)电池的组装

①取一定裁切数量的小电池，将每片小电池的宽高面打磨光滑平整；

②利用电池连接片将裁切数量的小电池组合成单片大电池，组合后的电池比单片电池略大；

③将电池阴阳极极板安装完成，同时在电池连接板处安装电流导出杆。

(3)电池的放电

①放电的总电流为裁切数量电池的并联电流，总电流接法与单片大电池相同；

②电流导出杆可调整并联电流的输出状态，如单侧导出(仅留1根杆)或双杆导出(2杆并存)，单杆集流时也可以调整集流的电池数量。

具体的：

电池的裁切中，并不是指成品全电池或半电池的直接物理切割，实际是指挤出时坯体的裁切。电池裁切的目的是沿电池的长边将大面积的电池分成若干等份，使每块小电池的阴极集流面与阳极集流面积相等。

电池的组装集成中，裁切后的小块电池通过电池连接片重新拼接起来。与未裁切的大面积电池相比，裁切后的电池实际为若干块小电池的并联，使阴阳极集流面积相互平衡。

电流的放电导出中，对放电过程而言，对称双阴极结构电池最大的问题是电流比较大，在流经阳极表面时因路径长而导致欧姆电阻升高。改进后的电池组合结构缩短了电流的流经路径，电流可以从电池连接片处导出，很大程度减小了阳极欧姆电阻。

本发明实施例提供的对称双阴极结构电池，在保证现有电池总体尺寸不变的情况下，沿长方向将大面积电池裁切成多块小面积电池，使阴阳极集流面积基本一致或相近，从而解决在放电过程中可能导致的浓差极化问题。

其中，电池连接片是实现本发明实施例提供的对称双阴极结构电池的构想的关键部件，采用导电良好的金属材料制作，只有从电池连接片处将电流导出才算真正实现了阳极集流面积的增加。除了导电集流外电池连接片还负责将裁切后的电池重新组合为一个整体，保证了单片电池的高功率。

现有技术中，现有的对称双阴极结构电池的尺寸主要取决于单片电池的总面积(总功率)，并未考虑阴阳极各自集流面积的大小。而本发明实施例提供的对称双阴极结构电池，在确保不变更单片电池总面积的基础上，将大面积电池转化为小面积电池的组合，使每块小面积电池实现阴阳极集流面积的相等或接近。

现有技术中，现有的对称双阴极结构电池的电流出入依靠电池的两个宽高面(两端)进行，电流输出时需要跨越的是整个电池的长度或者电池长度的一半，因此需要克服的电流阻抗比较大。而本发明实施例提供的对称双阴极结构电池，电池连接片的引入使电流的收集由单段变成多段，实现了阴阳极集流面积近乎相等的同时又减小了阳极电流传输的阻力，电流阻抗为原阻抗的若干分之一(与电池所分段数有关)。

本发明实施例提供的对称双阴极结构电池，还能够实现：

(1)规范对称双阴极结构的电池尺寸

现有对称双阴极结构电池尺寸的订立取决于预期功率的大小，而本发明实施例提供的对称双阴极结构电池，将阴阳极集流面积的对等性作为规范对称双阴极结构电池尺寸的重要条件，从而避免了放电中可能产生的浓差极化等问题。

(2)减小对称双阴极结构电池阳极的欧姆电阻

现有对称双阴极结构电池的放电过程也是作为一个整体进行的，阳极电流需要通过长方向上的传导以达到电流输出的目的，一旦阳极镍产生团聚阳极电流所需要克服的阻力就更为巨大。而本发明实施例提供的对称双阴极结构电池，在大电池分割的基础上继续实现分割后小电池的分段引流，减小了电流导出所需要跨越的距离，从而减小了电流移动时的阻值。

(3)电流输出的可调节性

现有对称双阴极结构电池的放电端口只有1个，改进后放电端口数量变成多个(具体数量由裁切后的电池数量决定)，这就使阳极电流的输出可调节性提高。

本发明实施例提供的对称双阴极结构电池：

(1)通过阴阳极面积的对等实现单片电池具体尺寸的订立与制备。

其中，阴阳极面积的对等不止通过长方向上电池的裁切来实现长宽方向面积与宽高方向面积的一致，还可以通过增加电池厚度来实现宽高方向面积与长宽方向面积的一致。

(2)电池连接片使单块大面积电池转化为多块小面积电池的并联。

其中，裁切只是第一步，电池连接片在大块电池中的嵌入才是关键。通过连接件的多点引流可以减小放电时的阳极阻抗。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种对称双阴极结构电池，其特征在于，包括电池上阴极极板、电池下阴极极板、电池左阳极极板、电池右阳极极板、第一电流导出杆、第一电池连接片、第一分段电池和第二分段电池，其中，

所述电池上阴极极板扣合在所述电池下阴极极板上且通过连接件固定连接，

所述电池上阴极极板和所述电池下阴极极板之间自左向右依次夹设有所述电池左阳极极板、所述第一分段电池、所述第一电池连接片、所述第二分段电池和所述电池右阳极极板，

所述电池左阳极极板、所述第一电池连接片和所述电池右阳极极板的一端设置有所述第一电流导出杆，

所述电池上阴极极板上开设有第一上凹槽避开所述第一电池连接片，所述电池下阴极极板上开设有第一下凹槽避开所述第一电池连接片；

其中，通过电池连接片的引入，将单块大面积电池转化为多块小面积电池的组合，且所述分段电池的阴极集流面的面积为阳极集流面的面积的1.0-1.2倍。

2.根据权利要求1所述的对称双阴极结构电池，其特征在于，所述第二分段电池和所述电池右阳极极板之间还依次设置有第二电池连接片和第三分段电池，

所述电池左阳极极板、所述第一电池连接片、所述第二电池连接片和所述电池右阳极极板的一端设置有所述第一电流导出杆，

所述电池上阴极极板上开设有第二上凹槽避开所述第二电池连接片，所述电池下阴极极板上开设有第二下凹槽避开所述第二电池连接片。

3.根据权利要求2所述的对称双阴极结构电池，其特征在于，还包括第二电流导出杆，

所述电池左阳极极板、所述第一电池连接片、所述第二电池连接片和所述电池右阳极极板的另一端设置有所述第二电流导出杆。

4.根据权利要求2所述的对称双阴极结构电池，其特征在于，所述第一电池连接片和所述第二电池连接片为不锈钢导电材质。

5.根据权利要求1所述的对称双阴极结构电池，其特征在于，还包括第二电流导出杆，

所述电池左阳极极板、所述第一电池连接片和所述电池右阳极极板的另一端设置有所述第二电流导出杆。

6.一种如权利要求1-5中任一项所述的对称双阴极结构电池的制备方法，其特征在于，包括：

步骤1)电池裁切：在电池坯体挤出时进行裁切，沿所述电池坯体的长边将所述电池坯体裁切分成若干等份形成多个分段电池，每块所述分段电池的阴极集流面的面积为阳极集流面的面积的1.0-1.2倍；

步骤2)电池集成：相邻的两个所述分段电池之间通过一个电池连接片重新拼接起来，每块所述分段电池之间为并联；

步骤3)电流导出：电流从所述电池连接片处导出。

7.根据权利要求6所述的对称双阴极结构电池的制备方法，其特征在于，每块所述分段电池的阴极集流面的面积与阳极集流面的面积相等。

8.根据权利要求6所述的对称双阴极结构电池的制备方法，其特征在于，所述步骤1)还包括，计算所述电池坯体的阳极面积，

在保证所述电池坯体的宽度不变的情况下利用计算出的所述电池坯体的阳极面积，计算出裁切后的所述分段电池的长度，

最后以所述电池坯体的总长度除以计算出的所述分段电池的长度，得到需要裁切出的所述分段电池的数量。

9.一种对称双阴极结构电池的放电方法，其特征在于，基于上述权利要求1-5任意一项所述的对称双阴极结构电池，

所述第一电池连接片将阳极电极由所述第一电流导出杆直接导向所述电池左阳极极板和所述电池右阳极极板。