CN202678465U - 电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种电池，具有浸入电解液中的正极(2)和负极(4)，还具有超声元件(3、5、6)，其中，超声元件(3、5、6)与正极(2)和负极(4)中的至少一个固定连接。采用超声元件对电池施加超声波声场，提供较目前电池数倍乃至数十倍的功率密度，显著提升功率密度、充电和放电速度，并能降低电池内阻，用于各种需要大功率密度和能量密度动力电池的场合。甚至将目前各种电池技术的功率密度大大提升到到原来的3倍乃至数十倍。

Description

电池

技术领域

本实用新型涉及一种电池。

背景技术

随着高油价时代的步步紧逼、全球气候变暖的环境变化，需要对化石燃料时代的高二氧化碳排放的各类车辆、电站等进行大的改革。电力驱动、电池驱动技术是目前取代二氧化碳排放的各类车辆的最有前途的技术。然而目前主要的电池技术的功率密度220W/kg以内(最新报到铅蓄电池经过强化达到了400-500W/kg)、能量密度都在350Wh/kg以内(燃料电池除外，而燃料电池有储氢效率和成本问题)。这种技术现状和传统化石燃料相比使得电池的体积大、质量数大，车辆的体积、质量大，速度低，无法直接竞争。

实用新型内容

针对相关技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种电池，提供较目前电池数倍乃至数十倍的功率密度，显著提升能量密度、充电和放电速度，并能降低电池内阻，用于各种需要大功率密度和能量密度动力电池的场合。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种电池，具有浸入电解液中的正极和负极，还具有超声元件，其中，超声元件与正极和负极中的至少一个固定连接。

优选地，超声元件为压电器件或磁致伸缩单元，超声元件设于正极的电极体和/或负极的电极体的内侧或外侧。

优选地，正极和负极中的至少一个具有：容纳超声元件的空腔；以及封闭空腔的隔声背衬，其中，隔声背衬与空腔的腔体螺栓连接。

优选地，正极的电极本体和负极的电极本体中的至少一个具有第一支撑体，其中，第一支撑体为由隔声背衬和耦合层构成的封闭腔体，超声元件固定于封闭腔体的空腔中，其中，通过依次穿过至少一个电极本体、耦合层、隔声背衬的螺栓，第一支撑体与至少一个电极本体固定连接。

优选地，还包括：开设有电解液通道的第二支撑体，第二支撑体与正极和负极中至少一个电极本体螺纹连接；将电解液泵入所述电解液通道中的泵，泵的泵出口与电解液通道的电解液入口连通；以及，容纳超声元件的共振腔，共振腔开设于该至少一个电极本体中，其中，容纳于共振腔中的超声元件为超声振源簧片，其中，电解液通道的电解液出口设置为供电解液喷出的喷嘴，喷嘴与共振腔连通并与超声振源簧片的尖劈正对。

优选地，电池为采用无机电解质和有机电解质的液体电解质的一次电池、二次电池、使用氧电极的燃料电池。

优选地，一次电池包括锌錳电池、铁锌电池、锌氧化汞电池、锌氧化银电池、锂电池、镍电池、锌电池、錳电池、铝电池、铁电池、铝-空气电池、锌-空气电池；二次电池包括液体电解质、高温液体电解质的可充液体锂电池、锂离子电池、纳氯化镍电池、锌二氧化锰电池、铅酸蓄电池、钠硫电池、银锌电池、镍液体蓄电池、锌液体蓄电池、錳液体蓄电池、铝液体蓄电池、铁液体蓄电池；使用氧电极的燃料电池包括各种氢氧燃料电池、含氢的有机化合物燃料电池(例如，甲醇燃料电池)、铝-空气电池、锌-空气电池。

优选地，电池包括使用纳米技术制成电极的电池和微厚度层结构层叠电池。

本实用新型的有益效果在于，采用超声元件对电池施加超声波声场，提供较目前电池数倍乃至数十倍的功率密度，显著提升能量密度、充电和放电速度，并能降低电池内阻，用于各种需要大功率密度和能量密度动力电池的场合。甚至将目前各种电池技术的功率密度大大提升到到原来的3倍乃至数十倍。

附图说明

图1是本实用新型电池的第一实施例的平面示意图，示出了磁致伸缩单元设于正极本体中，其中超声激发方式为采用磁致伸缩单元进行正极激发；

图2是本实用新型电池的第二实施例的平面示意图，示出了压电器件设于正极本体中，其中超声激发方式为采用压电器件进行正极激发的情形；

图3是本实用新型电池的第三实施例的平面示意图，示出了压电器件设于两个正极本体中，其中超声激发方式为采用压电器件进行正极激发的情形；

图4是本实用新型电池的第四实施例的平面示意图，示出了压电器件设于与正极本体连接的支撑体中，其中超声激发方式为采用该压电器件进行正极激发的情形；

图5是本实用新型电池的第四实施例的平面示意图，示出了磁致伸缩单元设于与正极本体连接的支撑体中，其中超声激发方式为采用该磁致伸缩单元进行正极激发的情形；

图6是本实用新型电池的第五实施例的平面示意图，示出了压电器件设于两个正极本体的支撑体中，其中超声激发方式为采用该压电器件进行正极激发的情形；

图7是本实用新型电池的第六实施例的平面示意图，示出了采用泵、喷嘴、超声振源簧片，其中超声激发方式为正极激发的情形。

具体实施方式

以下参见附图描述本实用新型的具体实施方式。

参见图1-图7，本实用新型的电池具有：浸入电解液中的电极、向电化学反应区和/或电极施加超声波声场的超声元件，其中，超声元件与电极固定连接，即，超声元件或直接固定于电极的电极本体、或通过固定于支撑体中，然后将支撑体固定于电极上而与电极之间间接实现固定连接，换而言之，超声元件或者设于电极的内侧或外侧，以构成超声波的极内激励或极外激励，或者超声波的电解液激励以强化电化学反应。上述的电化学反应区为电极与电解液接触的区域。借助于超声元件，本实用新型能够对电池施加超声波声场，超声波激励方式为正极激励、负极激励、电解液激励中任一种或其组合。

具体地，参见图1-图3，描述本实用新型的电池在电极本体中设置超声元件的实施例：图1中示出正极2的电极本体具有空腔21、隔声背衬9，其中，隔声背衬9通过螺栓连接于空腔21的腔体固定连接，并且隔声背衬9与空腔21配合形成容纳超声元件的容纳空间，更为详细地，图1中示出了超声元件为磁致伸缩单元3的情形，以及在正极2的电极本体中容纳有共3个磁致伸缩单元3；图2与图1相似，两者区别仅在于，容纳于正极2的电极本体中的超声元件为压电器件(例如压电陶瓷)5；图3与图2相似，两者区别在于，电池具有两个正极和一个负极，两个正极中每个正极的电极本体中均设有作为超声元件的压电器件5。图1-图3为超声波的极内激励情形。

参见图4-图6，描述本实用新型电池的正极和/或负极的电极本体，设有支撑体，以及将超声元件设置于支撑体中的实施例：图4中示出本实用新型电池的正极的电极本体连接有第一支撑体，该第一支撑体为由隔声背衬9和耦合层7(耦合就是指两个或两个以上的实体相互传递超声能量的一种传递方式，耦合层就是这种传递层)构成的封闭腔体结构，该封闭腔体结构的空腔中固定有作为超声元件的压电器件5，通过依次穿过正极的电极本体、耦合层7、隔声背衬9的螺栓，第一支撑体与正极的电极本体固定连接。图5与图4相似，二者的差别在于，超声元件由磁致伸缩单元3代替；图6与图4相似，两者区别在于，电池具有两个正极和一个负极，两个正极中每个正极的电极本体中均设有作为超声元件的压电器件5，更为详细地，图6中还示出了压电器件5的压电晶片51、导声板53、压电晶片电极引线55。图4-图6为超声波的极外激励的情形。

尽管图1-图6描述了超声激发方式为正极激发的情形，但是显然可以理解，本实用新型同样可以采用负极激发的情形，由于负极激发与正极激发情形相似，为避免重复不再赘述；显然，根据情形变化，本实用新型可以同时采用正极激发和负极激发。另外所涉及的磁致伸缩单元可以是超磁致伸缩单元。

进一步，参见图7，描述本实用新型电池的采用电解液循环泵、喷嘴、超声振源簧片施加超声波声场的实施例，即超声激发方式为电解液激发(或称为电解质激发)，本实施例中泵可以是不锈钢泵或耐腐蚀的塑料泵。

具体地，图7中示出了：第二支撑体8，固定连接于正极2的电极本体上，并且第二支撑体8中开设有电解液通道82；共振腔23，开设于正极的电极本体中，并容纳有作为超声元件的超声振源簧片6；以及泵10，泵10设于电池的电解液外侧，泵10的泵出口与电解液通道82的电解液入口86连通，用于将电解液泵入电解液通道82中。图7中还示出，电解液通道82的电解液出口设为喷嘴84，喷嘴84与共振腔23连通并正对超声振源簧片6的尖劈。藉此，电解液循环泵10将电解液泵入电解液通道82中，然后经喷嘴84喷向超声振源簧片6的尖劈，从而能够产生超声波，并且使得超声波施加于正极与电解液接触区域，以对此区域的电化学反应进行加强。尽管图7中描述的电解液激发(超声激发)为在正极一侧实施的情形，但是显然可以理解，电解液激发可以在负极一侧实施，为避免重复此处不再赘述。再者，根据情形，可以同时在正极和负极处设置具有电解液通道的支撑体、泵、喷嘴、超声振源簧片等，以同时在正极侧和负极侧进行电解液激发。

需要指出，本实用新型电池中，正极激发、负极激发、电解液激发可以根据具体使用情形而进行任意组合。此外，通过加大正负极的极板的正对面积，可以降低电流密度，减小充电过程中的电化学极化，降低电池的内阻。减小极板厚度降低电池的欧姆电阻，减少充电时产生的热量。通过尽量减小极板间的空隙，降低离子电阻、提高导热性能，能够避免电池内部的温升异常。

再进一步，本实用新型的电池可以是采用(碱性或酸性)无机电解质和有机电解质的液体电解质的一次电池、二次电池、使用氧电极的燃料电池，其中，一次电池包括锌錳电池、铁锌电池、锌氧化汞电池、锌氧化银电池、锂电池、镍电池、锌电池、錳电池、铝电池、铁电池、铝-空气电池、锌-空气电池；二次电池包括液体电解质的可充液体锂电池、锂离子电池、纳氯化镍电池、锌二氧化锰电池、铅酸蓄电池、钠硫电池、银锌电池、镍液体蓄电池、锌液体蓄电池、錳液体蓄电池、铝液体蓄电池、铁液体蓄电池。使用氧电极的燃料电池包括氢氧燃料电池、高温液体电解质的燃料电池、含氢的有机化合物燃料电池、铝-空气电池、锌-空气电池。本实用新型同样可应用于现在正在开发的各种采用纳米电极技术的电池和微层叠技术的电池，只要他们采用了液体电解质或用于吸收氧气的纳米氧电极。

例如，对于铅蓄电池，不管是常规结构的蓄电池，还是纤维表面沉积型蓄电池，均可采用正极超声激发、负极超声激发和电解液超声激发三种方式之一或其组合；对于铝空气电池的激发可采用是正极激发，正极超声激发的优越性在于大大增加空气电极的氧分子捕获率，加大极板的单位面积的氧的截获率，可以降低降低电池的内阻、大大提高单位面积的电流，从而提高功率；对于各种燃料电池、铝空气电池、锌铝空气电池也可以采用液体激发等方式；对铝二次电池，可采用正极超声激发、负极超声激发和电解质或电解液激发三种方式之一或其组合；对液体锂电池，可采用正极超声激发、负极超声激发和电解质或电解液超声激发三种方式之一或其组合。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电池，具有浸入电解液中的正极(2)和负极(4)，其特征在于，还具有超声元件(3、5、6)，其中，所述超声元件(3、5、6)与所述正极(2)和负极(4)中的至少一个固定连接。

2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，所述超声元件为压电器件(5)或磁致伸缩单元(3)，所述超声元件设于所述正极的电极体和/或负极的电极体的内侧或外侧。

3.根据权利要求2所述的电池，其特征在于，所述正极和负极中的至少一个具有：

容纳所述超声元件的空腔(21)；以及

封闭所述空腔(21)的隔声背衬(9)，其中，所述隔声背衬(9)与所述空腔(21)的腔体螺栓连接。

4.根据权利要求2所述的电池，其特征在于，所述正极的电极本体和所述负极的电极本体中的至少一个具有第一支撑体，

其中，所述第一支撑体为由隔声背衬(9)和耦合层(7)构成的封闭腔体，所述超声元件固定于所述封闭腔体的空腔中，

其中，通过依次穿过所述至少一个电极本体、耦合层(7)、隔声背衬(9)的螺栓，所述第一支撑体与所述至少一个电极本体固定连接。

5.根据权利要求1所述的电池，其特征在于，还包括：

开设有电解液通道(82)的第二支撑体(8)，所述第二支撑体(8)与所述正极和负极中至少一个电极本体螺纹连接；

将所述电解液泵入所述电解液通道(82)中的泵(10)，所述泵(10)的泵出口与所述电解液通道(82)的电解液入口(86)连通；以及，

容纳所述超声元件的共振腔(23)，所述共振腔(23)开设于所述至少一个电极本体中，其中，容纳于所述共振腔(23)中的超声元件为超声振源簧片(6)，

其中，所述电解液通道(82)的电解液出口设置为供所述电解液喷出的喷嘴(84)，所述喷嘴(84)与所述共振腔(23)连通并与所述超声振源簧片(6)的尖劈正对。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的电池，其特征在于，所述电池为采用无机电解质和有机电解质的液体电解质的一次电池、二次电池、使用氧电极的燃料电池。

7.根据权利要求6所述的电池，其特征在于，

所述一次电池包括锌錳电池、铁锌电池、锌氧化汞电池、锌氧化银电池、锂电池、镍电池、锌电池、錳电池、铝电池、铁电池；

所述二次电池包括液体电解质、高温液体电解质的可充液体锂电池、锂离子电池、纳氯化镍电池、锌二氧化锰电池、铅酸蓄电池、钠硫电池、银锌电池、镍液体蓄电池、锌液体蓄电池、錳液体蓄电池、铝液体蓄电池、铁液体蓄电池；

所述使用氧电极的燃料电池包括各种氢氧燃料电池、含氢的有机化合物燃料电池、铝-空气电池、锌-空气电池。

8.根据权利要求1-5中任一项所述的电池，其特征在于，所述的电池包括使用纳米技术制成电极的电池和微厚度层结构层叠电池。

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