CN201936971U - 一种新型机械插块式锌空金属燃料电池 - Google Patents

一种新型机械插块式锌空金属燃料电池 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种新型机械插块式锌空气金属燃料电池组，至少含有一个电池单体，各电池单体具有至少一个内腔体且上开口的刚性壳体，腔体邻接的边壁呈网格结构；一组透气不透液的气体阴极片，分别镶于各腔体内的网格边壁上，该组气体阴极片相互并联；各腔体内容置有电解质液且插置一金属阳极，各金属阳极相互并联；由气体阴极片引出电池组正极导电端子；由金属阳极引出电池组负极导电端子；在刚性壳体的一头端侧开设有两个集流孔，正负极导电端子分别由两个集流孔引出；一个具有弓形结构的弹性上盖，内置弹性构件，扣合于刚性壳体的上方。其易于安装拆卸，结构稳固，便于根据需要而组合，能大大降低故障的影响。

Description

一种新型机械插块式锌空金属燃料电池
技术领域
本实用新型涉及一种金属—气体电池，尤其涉及一种机械插块式锌—空气电池组。
背景技术
随着环保及能源的要求带动电动汽车及电动汽车用电池的发展。新一代电动汽车是一种综合性的高科技产品，其发展一直被人们所关注，而作为电动车心脏的动力电池组更是电动汽车研究的重点。为提高电动车一次充电的续航里程，目前大量的研究集中于金属气体电池上，例如锌空气电池。锌空气电池在所有已知电池种类中位于最高的理论能量容量值。然而，在锌空气电池取代其他动力驱动之前，还有许多难题需要克服。
所有金属气体电池组都包含多个电池；每个电池至少有一个气体扩散阴极和一个金属阳极，由某种形式的电池隔膜分隔开并具有一定量的碱性电解液。在金属气体电池组工作时，阴阳两极之间产生电动势。当多个电池串联时，这许多个电池的电动势可以相加起来作为电源使用。使用过程中电池必须周期性的充电。
金属气体电池组的充电方式有两种，一是直接充电，二是机械充电。
直接充电可以直接用现有的电力网充电，但直接充电的金属气体电池组需要双功能气体扩散电极或者要增加一个析氧电极，由于氧的直接析出，直接充电的电池组的使用寿命受限。此外，这种电池重量大，体积大，比能量降低和结构过于复杂。
为此，目前金属气体电池组的优先充电方法是机械充电，即用新的金属阳极取代已消耗的金属阳极。在这种方法中金属阳极是一个刚性结构，当金属阳极消耗尽后被取出，而新阳极被重新插入电池。这在理论上、结构上和维护以及操作上具有相当的简便性。这种电池被称为机械插块式金属空气电池。
机械插块式金属空气电池普遍采取成组串联或并联方式进行模块化安装，目前常见的机械插块式金属空气电池组的组装是每个单体电池在更换新阳极板后再进行单体之间的串并联联接，这样的设计方式造成每次电池组的机械更新劳动强度大，重复工作多，并且由于多次拆装后联接件易损坏，易造成电池间的联接电阻增大等问题。故亟待有好的方式及改善的结构出现。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种新型机械插块式锌空金属燃料电池，其可以改善上述问题，能够在电池结构设计上达到每次更换阳极时不破坏电池组的串并联结构，同时便于机械手打开上盖，易于安装和取出金属阳极板。
为实现上述目的，本实用新型采取以下设计方案：
一种新型机械插块式锌空金属燃料电池，至少含有一个电池模块，各电池模块包含有：
具有至少一个内腔体且上开口的刚性壳体，腔体邻接的边壁呈网格结构；
一组透气不透液的气体阴极片，分别镶于各腔体内的网格边壁上，该组气体阴极片相互并联；
各腔体内容置有电解质液；
各腔体内分别放置一个金属阳极，该金属阳极包含一个阳极活性部分和一个集流体部分，其阳极活性部分由隔膜隔离后插置于电解质液中，各金属阳极相互并联；
由气体阴极片引出电池组正极导电端子；
由金属阳极引出电池组负极导电端子；
在刚性壳体的的一端侧开设集流孔，空气电极集流端子由该集流孔引出；
一个具有弓形结构的弹性上盖，内置弹性构件，扣合于刚性壳体的上方。
还配设有一用于锁紧弹性上盖的弹性锁紧装置。
所述的隔膜为一隔离口袋，金属阳极的阳极活性部分包在隔离口袋中。
所述金属阳极的阳极活性部分是梯形或者矩形。
所述隔离口袋由聚乙烯、聚丙烯或者聚乙烯-乙烯醇材料制成。
在网格结构架的外壁上设有突出的筋条。
所述的刚性壳体由注塑而成，注塑材料为尼龙、聚丙烯或ABS工程材料。
所述的电池模块为两个以上，各电池模块相互串联。
本实用新型的优点是：易于安装拆卸，结构稳固，便于根据需要而组合，能大大降低故障的影响。
附图说明
图1为本实用新型新型机械插块式锌空金属燃料电池组立体结构示意图。
图2为本实用新型新型机械插块式锌空金属燃料电池模块立体结构示意图（单体）。
图3为本新型机械插块式锌空金属燃料电池剖面结构示意图（纵剖）。
图4为本新型机械插块式锌空金属燃料电池的阳极结构示意图。
图5为本新型机械插块式锌空金属燃料电池上盖结构示意图（俯视图）。
图6为本新型机械插块式锌空金属燃料电池上盖结构示意图（仰视图）。
下面结合附图及具体实施例对本实用新型做进一步详细说明。
具体实施方式
参阅图1所示，本实用新型新型机械插块式锌空金属燃料电池是由若干个单体电池模块组合构成的金属气体电池组。在图1所示实施例中，示出由16个单体电池组成的电池组100，该组的各单体电池模块1通过穿过定位孔6（图2中示出）的螺栓相互紧固而成。通常，本发明的电池组14是由许多个相同的电池所组成，成组电池的个数由成组电压决定。电池组的反应气体是来自于空气中的氧气，而阳极则是锌或类似的材料。所述的电池模块为两个以上时，各电池模块相互串联。
其中，所述的每个单体电池的结构是：参见图2、图3所示，带有一个上开口的刚性壳体，其具有至少一个内腔体（两个为佳，其他数量不限）。位于刚性壳体结构中的一组气体阴极2，这些气体阴极是透气不透液的，其允许气体进入电池，当刚性壳体采用两个内腔体结构时，该组气体阴极由4片气体电极经注塑而成刚性结构，刚性壳体的每个腔室里包含相对的两片气体阴极（空气电极），4片气体阴极2并联联接，分别镶于各腔体内的网格边壁上，制成气体电极的注塑材料包括尼龙、聚丙烯和ABS等材料。每一个单体电池还包括一个位于腔体中的金属阳极10，该阳极由隔膜与气体阴极2隔离。在刚性壳体的腔室内部置有液体电解质；在刚性壳体的的一端侧开设集流孔3，空气电极集流端子8由集流孔3引出，电池封装上盖5后，由弹性锁紧装置4锁紧，并且在电池拆卸时易于打开。电池刚性结构由注塑而成，注塑材料为尼龙、聚丙烯或ABS工程材料，形成十字网状结构，其中筋条7平面突出高于其他网状结构，易于在电池成组时相邻两个单体电池间形成气体通道，易于散热和气体流通。
该电池的气体电极2内外部由刚性材料网状结构塑封，其外部网状结构既起到了加强气体电极强度的作用，又为两个单电池间气体的流动提供了通道，而内部网状结构则起到了保护气体电极免受阳极在放入和拔出过程中的机械破坏作用。
图3为单体电池壳体的内腔纵剖面图，内腔分为了两个腔室，中间为隔断，两个腔室分别放置金属阳极，金属阳极通过图4的极耳与集流卡具9和负极集流端子8联接，形成了两块阳极的并联联接。
每一个单体电池还包括有与气体阴极相连的电池组的正极导电端子和与金属阳极相连的电池组的负极导电端子。
所述的金属阳极包含一个阳极活性部分和一个导电端子部分，其阳极活性部分由隔膜隔离后插置于电解质液中；每个金属阳极插入对应的腔室后，其阳极导电体（即导电端子部分）与腔室两端的负极导电端子自然卡紧，形成并联结构。图4示出了电池金属阳极10的结构，由活性金属材料12和铜集流体13构成，其中铜集流体带有极耳11，当金属阳极10放入电池壳体内腔时，两端极耳11分别卡入卡具9和8，两片阳极形成并联结构。
参见图5、图6所示，每一个单体电池还包括一个密封条和密封上盖，该上盖5为弹性弓形结构，由尼龙、聚丙烯或ABS注塑而成，两端为卡槽，用于锁紧装置4的卡紧作用；上盖5下部有槽15用于密封垫的放置，卡槽内置弹性构件16，构件材质为锰钢，以保持构件的弹性。在未锁紧状态，其两端上翘成弓形，在锁紧状态下，两端锁具4卡入卡槽形成紧装配。
在本发明的典型实施例中，气体阴极是一个空气阴极，而金属阳极实质上是由金属锌构成的。
上述各实施例可在不脱离本实用新型的范围下加以若干变化，故以上的说明所包含及附图中所示的结构应视为例示性，而非用以限制本实用新型申请专利的保护范围。

Claims (9)

1.一种新型机械插块式锌空金属燃料电池，至少含有一个电池单体，其特征在于各电池单体包含有：
具有至少一个内腔体且上开口的刚性壳体，腔体邻接的边壁呈网格结构；
一组透气不透液的气体阴极片，分别镶于各腔体内的网格边壁上，该组气体阴极片相互并联；
各腔体内容置有电解质液；
各腔体内分别放置一个金属阳极，该金属阳极包含一个阳极活性部分和一个集流体部分，其阳极活性部分由隔膜隔离后插置于电解质液中，各金属阳极相互并联；
由气体阴极片引出电池组正极导电端子；
由金属阳极引出电池组负极导电端子；
在刚性壳体的的每一头端开设集流孔，空气电极集流端子由该集流孔引出；
一个具有弓形结构的弹性上盖，内置弹性构件，扣合于刚性壳体的上方。
2.根据权利要求1所述的新型机械插块式锌空金属燃料电池，其特征在于：还配设有一用于锁紧弹性上盖的弹性锁紧装置。
3.根据权利要求1所述的新型机械插块式锌空金属燃料电池，其特征在于：所述的隔膜为一隔离口袋，金属阳极的阳极活性部分包在隔离口袋中。
4.根据权利要求3所述的新型机械插块式锌空金属燃料电池，其特征在于：所述金属阳极的阳极活性部分是梯形或者矩形。
5.根据权利要求3中所述的隔离口袋，其特征在于：所述隔离口袋由聚乙烯、聚丙烯或者聚乙烯-乙烯醇材料制成。
6.根据权利要求1所述的新型机械插块式锌空金属燃料电池，其特征在于：在网格结构架的外壁上设有突出的筋条。
7.根据权利要求1所述的新型机械插块式锌空金属燃料电池，其特征在于：所述的刚性壳体由注塑而成，注塑材料为尼龙、聚丙烯或ABS工程材料。
8.根据权利要求1所述的新型机械插块式锌空金属燃料电池，其特征在于：所述的电池单体为两个以上，各电池单体相互串联或并联。
9.根据权利要求1所述的新型机械插块式锌空金属燃料电池，其特征在于：所述的气体电极内外部由刚性材料网状结构塑封。
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