CN1421056A - 循环式电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种循环式电池，包括加料装置、电池组和放料装置，通过加料装置向每个单体电池中定量加入金属粒和电解液，使电池正常工作，当电池输出电压或电流低于额定值时，废液经放料装置排出，补充新的电解液和金属粒，电池即可重新工作，如此实现充电－放电－充电的循环，并具有充电快，放电持续时间长，容量大，回收的废电解液通过还原反应还可再次使用，即无污染，为一种环保型的新能源。

Description

循环式电池
技术领域
本发明涉及一种电池， 特别是涉及一种能够循环使用的电池。 背景技术
目前， 市场上销售的干电池、 充电电池有艮多种， 但是， 它们都存在 电池容量小、 持续放电时间短、 制造成本高的问题。 另外， 对于充电电池， 还存在必须使用交流电进行充电， 且充电等待时间长的缺点， 这就为农村、 野外等无交流电地区的使用带来诸多不便。 发明概述
针对上述问题， 本发明者经过悉心研究， 终于完成了本发明。
本发明的提供了一种循环式电池， 包括加料装置、 电池组和放料装置， 其中， 所述加料装置包括供加入金属粒的加料口、 用于加入电解液的加液 口和使多余的电解液排出的溢流管； 所述电池组包括至少一个单体电池； 所述放料装置设于电池下部。 这种电池通过随机或定时定量加入金属粒、 电解液， 使电池正常工作， 当电池输出电压或电流低于额定值时， 排出电 池内的废液， 经加液仓补充新的电解液， 和经加料仓添加新的金属粒， 电 池即可重新工作， 如果电解液液面超过定量， 则通过溢流管流出。 回收的 废电解液通过还原反应还可再次使用 , 这样即可实现电池的循环使用。
本发明提供的循环式电池， 以电化学理论为基础， 在上述指导思想下， 根据实际的使用情况可以有不同的结构设计来实现。
根据本发明的技术方案， 所述单体电池内设有至少一块正极板和一张 '负极集流网， 该正极板和负极集流网之间设有隔膜， 金属粒与负极集流网 接触， 每个单体电池由电池盒体装配。
所述正极板由内向外按照催化剂层、 黑粉层、 正极集流网、 黑粉层的 顺序制成， 外层黑粉层与空气或氧气接触。
本发明提供的循环式电池按照整体结构和工作过程可以包括二种类型 的产品， 第一种类型中， 正极板、 隔膜和负极集流网依次呈平面接触而压 制成一体； 在金属粒下面设有筛网， 且该筛网位于放料装置上部。 金属粒 和电解液分别从加料仓和加液仓中加入各单体电池， 反应开始， 电池供电， 当输出电压或电流低于标准定值时， 按照提示先从放料口的控制阀门排出 废液， 同时更换或添加电解液或金属粒， 电池即可重新工作， 实现循环放 电。
第二种类型中， 增加了电解液循环装置， 使电解液在供电过程中循环 流动， 配合金属粒和电解液的补充、 废液和残留物的清理， 从而获得恒定 的放电功率， 实现循环式放电。 发明详述
根据本发明提供的循环式电池， 包括加料装置、 电池组和放料装置，' 其中， 所述加料装置包括供加入金属粒的加料口、 用于加入电解液的加液 口和使多余的电解液排出的溢流管； 所述电池组包括至少一个单体电池； 所述放料装置设于电池下部
所述单体电池内设有至少一块正极板和一张负极集流网， 该正极板和 负极集流网之间设有隔膜， 金属粒与负极集流网接触， 每个单体电池由电 池盒体装配， 单体电池外侧的正、 负极相互串联或并联， 成为电池组。' 单体电池内的正极板由内向外按照催化剂层、 黑粉层、 正极集流网、 黑粉层的顺序制成， 外层黑粉层与空气或氧气接触。'
本发明电池中的金属粒可由锂、 钠、 钙、 铝、 镁、 锌、 铁、 镉制成， 并且为表面积较大的粒状、 片状等规则几何体或不规则几何体， 如空心或 实心圆柱体、 空心或实心圆锥体、 空心或实心球体、 空心或实心长方体， 以及刨花形卷片状等。
所述正极集流网、 负极集流网由导电材料制成， 且优选负极集流网为 蜂窝状、 圆形、 棱形、 条形、 矩形、 或其它的不规则形状。
根据本发明的一种方案， 正极板、 隔膜和负极集流网依次呈平面接触 而压制成一体或该负极集流网以条形装入单体电池内， 单体电池的左右内 侧设有可控制通过正极板的空气流量的挡气板。 在加料装置中设有结合为 一体的加料仓、 大壳盖及壳体， 单体电池通过加料仓、 大壳盖和壳体连接 组成电池组， 加料仓下面设有金属粒的加料口和定量控制装置。
其中， 所述定量控制装置为一可抽拉的抽板， 该抽板上设有对应于单 体电池的孔或槽， 或为一块整板。
或者， 该定量控制装置为通过弹性合页控制的转门。
根据本发明的该优选方案， 放料装置包括电池废液排放口和放液槽， 该废液排放口包括一废液储槽， 其下端管接头处设有控制阀门。 需要更换 ·,: 反应物料时， 通过控制阀门可将到达废液储槽中的电池废液排出至放液槽 ;i: 中。 该控制阀门可以是手动式阀门或电动式阀门， 或者由 U型夹头和与其' 相配合的夹座构成。
; 根据本发明的第二种类型循环式电池， 增加了.电解液循环装置， 其由 可利用自身电能工作的循环泵、 输液管、 向单体电池喷淋电解液的喷淋管 和储存电解液的储液槽组成， 该循环泵设于储液槽上， 输液管从储液槽中 引出与喷淋管相连， 负极集流网设于单体电池内与正极板和隔膜相垂直的 面， 并部分置入金属粒中， 且下部为可阻隔金属粒的筛网。
根据本发明该实施方案， 电解液在循环泵的驱动下， 经输液管被送至 电池上部的喷淋管而喷入电池中， 并实现循环流动。
其中， 溢流管与储液槽相通， 多余的电解液被送回储液槽。
选择性地， 在电池的下部出液口可设有控制废液排出的阀门， 优选为 瓷阀， 或将储液槽设于电池一侧， 电池底部设有回液管与储液槽相通。
根据上述原理， 通过采用上述技术方案， 本发明的循环式电池可以随 机或定时的加入电解液和金属粒， 同时可以通过阀门将废液排出， 从而实 现了电池的供电 -充电-供电循环。
另外， 本发明的循环式电池由于金属粒和电解液可以随机或定时加入， 从而实现了电池持续放电时间长、 容量大、 放电电压平稳的目的， 并且充 电时间短， 给农村、 野外等无交流电地区的使用带来了方便。
此外， 本发明循环电池的废液可回收再生， 使金属粒达到重复使用的 目的， 节约了能源， 保护了环境， 降低了成本。
本发明循环式电池与现有电池相关参数比较的结果如表 1所示。
表 1
Figure IMGF000006_0001
附图说明 一
图 1是本发明第一种类型电池中单体电池的结构示意图。
图 2是图 1的 A - A剖视图。
图 3是本发明第一种类型电池的电池组（12组） 的实施例的半剖结构 示意图。
图 4是图 3的 B-B剖视图。 图 5是图 4的俯视图。
图 6是图 3中 C部的放大示意图。
图 7 是本发明第一种类型电池的电池组的另一种具体实施例的半剖结 构示意图。
图 8是图 7的 D-D剖视图。
图 9是图 7中 E部的放大示意图。
图 10是本发明电池放料装置实施例的结构示意图。
图 11是图 2中 H部的放大示意图。
图 12是本发明第二种类型的电池结构原理图。
图 1 3是本发明图 12所示电池单体的结构原理图。
图 14是图 12中 I部的放大示意图。
图 15是本发明第二种类型另一实施例的电池结构原理图。
图 16是图 15中 Q部的放大示意图。
图 17是图 15所示实施例的单体电池的结构原理图。
图 18是图 15所示实施例电池的俯视图。
图 19是是本发明第二种类型又一实施例的电池结构原理图。 ， 图 20是图 19中 Z部的放大示意图。
图 21是图 19实施例电池的单体结构原理图。 '
. 图 22为本发明电池放^曲线图（显示以 17A放电，电压与时间的关系）。 实施发明的最佳方式
参看图 1 - 6 所示的本发明循环式电池， 由上部的加料装置， 中部的电 池组和下部的放料装置组成。 其中， 加料装置包括加料口 29、 加液口 30和 溢流管 18 , 加料口 29用于定量或不定量加入金属粒 17 , 加液口 30用于定 量或不定量加入电解液， 溢流管 18可使多余的电解液溢出， 流入溢料槽 28 内。 电池组中可以包括一个或一个以上的单体电池 6 , 每个单体电池 6由电 池盒体 13装配， 单体电池 6外侧的正、 负极相互串联或并联成电池组， 并 通过加料仓 3、 大壳盖 4和壳体 5连接。
图 1所示的结构图中， 右边是带有金属粒 17的视图， 左边是去掉金属 粒 17后的视图， 金属粒 17 可以由锂、 钠、 钙、 铝、 镁、 辞、 铁、 镉等金 属制成， 其形状优选表面积较大的粒状、 片状等规则几何体或不规则几何 体， 如空心或实心圆柱体、 空心或实心圆锥体、 空心或实心球体、 空心或 实心长方体， 以及刨花形卷片状等。 如图 1、 图 2所示， 在电池盒体 13上 装设有左右对称的正极板 14、 隔膜 15、 负极集流网 16 , 中间是金属粒 17 , 金属粒 17底部设有筛网 21 , 正极板 14 由催化剂层、 黑粉层、 正极集流网 27、 黑粉层依次平面接触压制而成， 并且外层的黑粉层向外与空气（氧） 接触， 正极集流网用各种金属的导电体制成。 正极板 14 的出头与盒体 13 的正极 33连接， 呈条栅状的负极集流网 16与负极 32连接。 图 1和图 2所 示为单体电池的结构， ·据实际情况， 其本身也可以作为单组的电池使用。: : 图 11的放大示意图显示，正极板 14、 隔膜 15和负极集流网 16相接触 为经冷压或热压制成一体。
放料装置包括废液储槽 34和阀门 11 , 废液储槽 34位于电池盒体 13的 下部， 呈漏斗状， 槽底部设有管接头 22及可控制的阀门 11 , 管接头 22 出 口对应放液槽 31。
图 3、 图 4、 图 5和图 6所示为由 12个单体电池组成的电池的具体实 施例， 其包括加料装置、 电池组和放料装置。
其中， 加料装置中， 加料仓 3、 壳盖 4和壳体 5连为一体， 加料仓 3上 面设有加料盖 1 , 下面 有一个可抽拉的抽板 7， 抽板 7上对应设有孔或槽， 如图 6所示， 当抽板 7移动一定距离时， 加料仓 3中的金属粒 7可落入各 自的单体电池 6 中； 另外， 抽板 7也可以是一个整板， 全部抽出同样也能 实现定量加料。 电池右侧设有加液仓 2 , 可定量或不定量加入电解液。 电池 左侧设有溢流管 18 , 可将多余的电解液流出。 电池的左右内侧设有挡气板 26, 可以控制通过正极板 14 的空气（氧） 流量， 从而达到调节放电电池内 部的散热性能， 或者关闭空气（氧） 以停止放电。 '
加料仓 3、 壳盖 4和壳体 5连接多个单体电池 6， 如图 3所示， 左边是 去掉金属粒 17后的视图， 右边是带有金属粒 17的视图。 金属粒 17为空心 圆柱体， 负极集流网 16呈蜂窝状（或为圆形、 棱形、 条形、 矩形等规则形 状， 或不规则的网状、 奈状等）。 单体电池 6之间可以串联， 也可以并联。
放料装置中， 呈漏斗型的储废液槽 34 下端管接头 11 处， 设有电控阀 门 10, 管接头 22下端连接排液管 9。 相同， 不同之处在于： 加料装置中的加料仓 3下面各进料处均设有转门 19 , 其通过弹性合页 20控制， 从而可以定量加入金属粒 17 (如图 9所示）； :i 料装置中， 阀门 11使用手动式阀门或电动式阀门， 电池组中， 用挡气板. '26 控制正极板 14与空气（氧） 的接触量， 从而达到控制放电的目的。
图 10所示为另一种阀门 11的结构示意图，在管接头 22上连接软管 2.3, 软管两侧设置 U型夹头 25和相对应的可移动夹座 24， 通过 U型夹头 25和 夹座 24的配合， 对软管 23形成夹持， 从而断流。 也可以将夹座 24固定， 通过移动夹头 25 , 实现断流或放出废液的目的。 此外， 夹头 25 和夹座 24 也可以平面夹持软管 23, 从而起到阀门的作用。
图 12、 图 13显示的本发明第二种类型的电池结构与前面所述相比增加 了电解液循环装置， 其由可利用自身电能工作的循环泵 36、 输液管 37、 向 单体电池 6喷淋电解液的喷淋管 38和储存电解液的储液槽 39组成， 该循 环泵 36设于储液槽 39上，输液管 37从储液槽 39中引出与喷淋管 38相连， 负极集流网 16设于单体电池 6 内与正极板和隔膜 15相垂直的面， 并部分 置入金属粒 17 中 （该部分为条状）， 且下部为可阻隔金属粒的筛网， 把流 动的电解液和金属粒分离， 不致造成堵塞。 与前面所列举的实施例电池比 较， 去掉了加料仓 3和挡气板 26 , 增加了泵 36、 输液管 37、 喷淋管 38和 储液槽 39。
电池本身带有的泵 36 , 利用自身电能， 可以把储液槽 39内的电解液通 过输液管 37送到喷淋管 38 (如图 14所示 ), 由喷淋管 38向单体电池 6喷 淋， 电解液在泵 36 的驱动下在电池内循环流动， 流动方向如图 13 所示， 最后通过溢流管 18流回储液槽 39。 再经输液管 37和喷淋管 38被送入电池 内， 如此反复循环， 直至输出电压或电流低于额定值为止。 此时可排出废 液， 补充新的电解液和新的金属粒。 另外， 在使用过程中， 可定时或不定 时地向单体电池 6 中补充金属粒， 从而获得恒定的放电功率， 由于电解液 在电池内呈流动， 有助于热量的均衡导出。 此外， 电池下部还设有用于排 出废液的阀门， 在本实施例中优选该阀门为瓷阀 35 , 这样， 定期打开电池 下部的瓷阀开关 35 , 清除单体电池 6 内的残留物， 可保证电解液能够畅通 流动。
再参看图 15、 图 16、 图 17、 图 18所示的另一种实施例， 溢流管 18通 过外设的接液管 41与储液槽 39相通。 电解液在循环过程中经溢流管 18流 向接液管 41 , 然后通过接液管 41 流回储液槽 39 , 完成一次循环， 这样即 可将溢流管 18隐蔽起来。
图 19、 图 20、 图 21 则显示了这种电池类型的又一种实施例设计， 储 液槽 39设于了电池一侧， 电池底部设有回液管 40与储液槽 39相通。 电解 液从喷淋管 38向单体电池 6喷洒， 由上而下直接流向放液槽 31 , 再由回液 管 40流回储液槽 39 , 该储液槽 39位于电池一侧， 由于去掉了阀门 11 , 所 以电池内的电解液和储液槽内的电解液始终处于连通状态。 实验例
使用 12个单体电池組成的电池组， 额定功率 200W。 向每个单体电池内 腔加入自制锌粒 200 ~ 250g、 45 %氢氧化钾（K0H )溶液 200 ~ 230ml。 采用 逆变功率为 80%的逆变器， 工作载荷为 70W的感性负载和 100W的阻性负载 (共 170W )—组， 首先测定电池的空载电压， 然后加负载连通电池线路， 每单循环分别间隔 1 小时测量电池组和单体电池的电压、 电流， 记录数据， 以时间为横坐标， 输出电压为纵坐标， 绘制放电曲线， 如图 22。 实验结果 如下所示：
重量： 7Kg
空载电压： 17. 5V
额定电压： 12. 5V
容量： > 1800W - h
额定功率： 〉2帽
放电时间： >8h
充电时间： l Omin
从以上实猃结果可以看出， 本发明循环式电池的持续放电时间长、 容 量大、 放电电压平稳， 并且充电时间短。

Claims (1)

  1. 权利要求书
    1、 一种循环式电池， 内部设有正极和负极， 并装有金属粒， 其特征在 于： 包括加料装置、 电池组和放料装置， 其中， 所述加料装置包括供加入 金属粒的加料口、 用于加入电解液的加液口和使多余的电解液排出的溢流 管； 所述电池組包括至少一个单体电池； 所述放料装置设于电池下部。
    2、 如权利要求 1所述的循环式电池， 其特征在于： 所述单体电池内设 有至少一块正极板和一张负极集流网或集流条， 该正极板和负极集流网或 集流条之间设有隔膜， 且金属粒与负极集流网或集流条相接触， 每个单体 电池由电池盒体装配。
    3、 权利要求 2所述的循环式电池， 其特在于： 所述正极板由内向外按 照催化剂层、 黑粉层、 正极集流网、 黑粉层的顺序制成， 外层黑粉层与空 气或氧气接触。
    4、 权利要求 1所述循环式电池， 其特征在于： 正极板、 隔膜和负极集 流网或集流条依次呈平面接触而压制成一体。 .
    5、 权利要求 4所述的循环式电池， 其特征在于： 在金属粒下面设有筛 网， 且该筛网位于放料装置上部。 '
    6、 权利要求 1-5所述的循环式电池， 其特征在于： 在加料装置中设有 结合为一体的加料仓、 大壳盖及壳体， 单体电池通过加料仓、 大壳盖和壳 体连接组成电池组， 加料仓下面设有金属粒的加料口和定量控制装置。
    7、 '权利要求 6所述的循环式电池， 其特征在于： 所述定量控制装置为 一可抽拉的抽板， 该抽板上设有对应于单体电池的孔或槽， 或为一块整板。
    •8、 权利要求 6所述的循环式电池， 其特征在于： 所述定量控制装置为 通过弹性合页控制的转门。
    9、 权利要求 6所述的 环式电池， 其特征在于： 所述放料装置包括电 池废液排放口和放液槽， 该废液排放口包括一废液储槽， 其下端管接头处 设有控制阀门。 10、 权利要求 9 所述的循环式电池， 其特征在于： 所述控制阀门为手 动式阀门或电动式阀门。
    11、 如权利要求 9 所述的循环式电池， 其特征在于： 所述阀门由 U型 夹头和与其相配合的夹座构成。
    12、 ·权利要求 6 所述的循环式电池， 其特征在于： 单体电池的左右内 侧设有可控制通过正极板的空气流量的挡气板。
    13、 权利要求 1-3 所述的循环式电池， 其特征在于： 所述循环式电池 还设置有一个电解液循环装置， 其由可利用自身电能工作的循环泵、 输液 管、 向单体电池喷淋电解液的喷淋管和储存电解液的储液槽组成， 该循环 泵设于储液槽上， 输液管从储液槽中引出与喷淋管相连。
    14、 权利要求 13所述的循环式电池， 其特征在于： 负极集流网设于单 体电池内与正极板和隔膜相垂直的面， 并部分置入金属粒中， 且下部为可 阻隔金属粒的筛网。
    15、 权利要求 13、 14所述的循环式电池， 其特征在于： 溢流管与储液 槽相通。'
    16、 权利要求 15所述的循环式电池， 其特征在于： 溢流管通过外设的 接液管与储液槽相通。
    17、 权利要求 13、 14所述的循环式电池， 其特征在于： 电池的下部出 液口设有控制废液排出的阀门。
    18、 权利要求 17所述的循环式电池， 其特征在于： 该阀门为瓷阀。
    19、 权利要求 13所述的循环式电池， 其特征在于： 储液槽设于电池一 侧， 电池底部设有回液管与储液槽相通。
    20、 权利要求 1 所述的循环式电池， 其特征在于： 所述金属粒由锂、 钠、 钙、 铝、 镁、'锌、 铁、 镉制成。
    21、 权利要求 1、 20 所述的循环式电池， 其特征在于： 所述金属粒为 表面积较大的几何体。 11、 如权利要求 2所述的循环式电池， 其特征在于： 所述正极集流网、 负极集流网由导电材料制成。
    23、 如权利要求 2、 22 所述的循环式电池， 其特征在于： 所迷负极集 流网为蜂窝状、 圆形、 棱形、 条形、 矩形、 或不规则形状。
    24、 如权利要求 1 所述的循环式电池， 其特征在于： 多个单体电池之 间串联或并联。
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