CN204348816U - 一种海泥电池电极用导电碳纤维刷连接结构 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种海泥电池电极用导电碳纤维刷连接结构。该碳纤维刷使用金属(不锈钢丝、钛丝)与碳纤维拧结而成，几个碳纤维刷使用细金属管夹紧在一起，由纤维刷形成束，将此成束的碳纤维焊接到金属框架上，便于碳纤维刷的牢固焊接。这种连接结构既保持电极碳纤维的高导电性，又牢固焊接，提高电极结构强度，有利于电极长期稳定。而且这种连接结构，使电极和电池的强度和稳定性较高，方便实海布放和应用。

Description

一种海泥电池电极用导电碳纤维刷连接结构
技术领域
本实用新型涉及一种海泥电池的电极连接结构，具体涉及一种驱动监测仪器用海泥电池电极用碳纤维刷的连接结构，该实用新型为海泥电池的实海布放及作为电源驱动监测仪器运行提供一种更加牢固、稳定可行的电池框架结构系统。
背景技术
微生物燃料电池是一种利用厌氧微生物将储存在有机物中的化学能转化成电能的技术。海底微生物燃料电池(也称为海泥电池)是利用海泥作为底物，负极材料埋入海泥中，正极材料浸在海水中，将正极和负极通过导线连接负载，构成回路并输出电能。海泥电池可以分为两大类：一类是金属阳极燃料电池，一类是生物阳极燃料电池。电池的电极材料为碳纤维，实际使用时，将碳纤维与金属丝加工成毛刷状，称为碳纤维刷。将碳纤维刷两端焊到设计好的金属框架上，起到固定碳纤维刷和导电的作用。但从实际应用的结果看，这种电极的连接结构并不理想，主要是因为制备碳纤维刷的钛丝只有1mm，焊接时容易熔断，焊接后由于焊点小，也容易断掉、脱落，焊点小也会导致电阻变大。在实海条件下，由于海流和海浪的作用，一部分碳纤维刷的焊点被冲断，碳纤维也有部分脱落。因此，考虑到海泥电池需要在海底长期工作，且实海下样操作困难，结构强度要求高，水密性和结构稳定性要求高等特殊要求，本实用新型设计了一种连接牢固并能防止碳纤维脱落的电极连接结构。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种既能保证强度和便于实海操作，还可提高稳定性和输出功率的海泥电池碳纤维刷电极的连接结构。
为实现上述目的，本实用新型的技术方案是设计一种电极框架，该电极框架包括金属框架及连接金属框架的绝缘材料和电极材料。其中框架所用材料为耐腐蚀和导电性好的金属，电极材料为由金属细丝与碳纤维拧接成的碳纤维刷。特别是电极用连接结构，由几个碳纤维刷使用细金属管夹紧在一起，形成碳纤维束并焊接到金属框架上。
其中优选的技术方案是，为防止电池电极结构在海水中被腐蚀，金属材料选用金属纯钛和不锈钢丝；电极材料应用比表面积高、导电性好的聚丙烯腈碳纤维和粘胶基碳纤维。
其中优选的技术方案是，为增加输出功率，电极框架设有多层多种直径的钛圆环组成的钛同心圆环组，方便置入更多的碳纤维。
进一步优选的技术方案是，为保证碳纤维刷的强度要求，现将多根碳纤维刷的两端用一定厚度的钛管夹紧固定起来，形成具有高强度的固定结构。
进一步优选的技术方案还有，为保证碳纤维刷和钛圈连接牢固，选择将钛管和钛圈焊接在一起，这样就增大了焊接的接触面积，因此可以承受更强的海流冲击。
进一步优选的技术方案还有，此碳纤维刷电极连接结构增加了焊点接触面积，降低了电池的内阻，提高了电池性能。
进一步优选的技术方案还有，金属材料在满足防腐蚀和不影响电池性能的前提下，可选择316不锈钢和316L不锈钢。
进一步优选的技术方案还有，此连接结构增加了碳纤维用量，提高了电池产电能力，还可防止碳纤维的脱落。
本实用新型的优点和有益结果在于，该实用新型具有结构简单，易于加工，实海稳定性强等优点，并且在提高输出功率的情况下，便于实海操作，可在实海应用中广泛推广。
附图说明
图1、海泥电池电极连接结构示意图
1、钛管夹 2、碳纤维刷 3、碳纤维
图2、海泥电池电极连接结构整体图
1、钛管夹 2、碳纤维刷 3、碳纤维 4、金属框架
图3、海泥电池单个碳纤维刷连接结构示意图
1、焊接点 2、碳纤维刷 3、碳纤维 4、金属框架
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
如图所示，本实用新型所述的海泥电池电极用导电碳纤维刷连接结构的设计思路如下：其特征在于，此种电极框架结构由一定尺寸的金属钛材料卷成直径大小不等的圆环，并连接成同心圆环组，将此圆环组按一定尺寸由金属材料上下连接构成三维空间金属架状结构，电池电极材料通过上下的金属钛圈连接在一起，形成圆柱体分布，方便置入更多的碳纤维；将多根碳纤维刷的两端用一定厚度的钛管夹紧固定起来，形成具有相当强度的特殊结构，保证了碳纤维刷的强度要求；选择将钛管和钛圈焊接在一起，增大了焊接的接触面积，使碳纤维刷可以承受更大的作用力，而且降低了电池的内阻，提高了电池性能。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应该视为本实用新型的保护范围。
实施例：
例1、电极为单层碳纤维刷且由一种钛圆环组成，其尺寸为Ф800mm。为了增加其强度，采用特制钛管将三根碳纤维刷固定起来，焊接在钛圈上。为防止碳纤维脱落或损坏，不影响其性能，焊接处用电缆导线引出，接口处用环氧密封。
例2、电极为单层碳纤维刷且由两种不同直径钛圆环组成，其尺寸为Ф400mm，Ф800mm。为了增加其强度，采用特制钛管将三根碳纤维刷固定起来，焊接在钛圈上。焊接处用电缆导线引出，接口处用环氧密封。
例3、电极为双层碳纤维刷且由两种不同直径钛圆环组成，其尺寸为Ф400mm，Ф800mm。为了增加其强度，采用特制钛管将三根碳纤维刷固定起来，焊接在钛圈上。焊接处用电缆导线引出，接口处用环氧密封。
例4、电极为单层碳纤维刷且由三种不同直径钛圆环组成，分别为Ф400mm，Ф800mm，Ф1200mm，为了增加其强度，采用特制钛管将三根碳纤维刷固定起来，焊接在钛圈上。焊接处用电缆导线引出，接口处用环氧密封。
例5、电极为双层碳纤维刷且由三种不同直径钛圆环组成，分别为Ф400mm，Ф800mm，Ф1200mm，为了增加其强度，采用特制钛管将三根碳纤维刷固定起来，焊接在钛圈上。焊接处用电缆导线引出，接口处用环氧密封。
例6、电极为单层碳纤维刷且由四种不同直径钛圆环组成，分别为Ф400mm，Ф800mm，Ф1200mm，Ф1600mm，为了增加其强度，采用特制钛管将三根碳纤维刷固定起来，焊接在钛圈上。焊接处用电缆导线引出，接口处用环氧密封。
例7、电极为单层碳纤维刷且由两种不同直径钛圆环组成，其尺寸为Ф400mm，Ф800mm。为了增加其强度，采用特制钛管将四根碳纤维刷固定起来，焊接在钛圈上。焊接处用电缆导线引出，接口处用环氧密封。
例8、电极为双层碳纤维刷且由三种不同直径钛圆环组成，分别为Ф400mm，Ф800mm，Ф1200mm，为了增加其强度，采用特制钛管将四根碳纤维刷固定起来，焊接在钛圈上。焊接处用电缆导线引出，接口处用环氧密封。
例9、电极为单层碳纤维刷且由四种不同直径钛圆环组成，分别为Ф400mm，Ф800mm，Ф1200mm，Ф1600mm，为了增加其强度，采用特制钛管将四根碳纤维刷固定起来，焊接在钛圈上。焊接处用电缆导线引出，接口处用环氧密封。
例10、电极为双层碳纤维刷且由三种不同直径钛圆环组成，分别为Ф400mm，Ф800mm，Ф1200mm，为了增加其强度，采用特制钛管将四根碳纤维刷固定起来，焊接在钛圈上。焊接处用电缆导线引出，接口处用环氧密封。在海底微生物燃料电池中，该电极作为正极和负极使用。
例11、电极为双层碳纤维刷且由三种不同直径钛圆环组成，分别为Ф400mm，Ф800mm，Ф1200mm，为了增加其强度，采用特制钛管将四根碳纤维刷固定起来，焊接在钛圈上。焊接处用电缆导线引出，接口处用环氧密封。在海泥镁阳极电池中，该电极作为正极使用。
例12、电极为双层碳纤维刷且由三种不同直径钛圆环组成，分别为Ф400mm，Ф800mm，Ф1200mm，为了增加其强度，采用特制钛管将四根碳纤维刷固定起来，焊接在钛圈上。焊接处用电缆导线引出，接口处用环氧密封。在海水电池中，该电极作为正极使用。

Claims (6)

1.一种海泥电池电极用导电碳纤维刷连接结构，其特征在于，金属材料选用耐海水腐蚀且导电的细丝，电极材料选用导电碳纤维，金属细丝和导电碳纤维拧接成刷子，几根刷子并在一起组成束，焊接到相应的金属框架构成电池电极。
2.如权利要求1所述的一种海泥电池电极用导电碳纤维刷连接结构，其特征在于，选用金属钛细丝和导电碳纤维拧接成导电碳纤维刷，几根钛制导电碳纤维刷并成束，焊到钛制框架上，构成电池电极。
3.如权利要求1所述的一种海泥电池电极用导电碳纤维刷连接结构，其特征在于，选用金属不锈钢丝和导电碳纤维拧接成导电碳纤维刷，几根不锈钢丝导电碳纤维刷并成束，焊到钛制框架上，构成电池电极。
4.如权利要求1所述的一种海泥电池电极用导电碳纤维刷连接结构，其特征在于，几根碳纤维刷两端分别用相应的金属管夹紧碳纤维上的金属丝，并将金属管焊接到金属框架上，增加焊接点接触面积。
5.如权利要求1所述的一种海泥电池电极用导电碳纤维刷连接结构，其特征在于，增加电极碳纤维用量，提高电池性能。
6.如权利要求1所述的一种海泥电池电极用导电碳纤维刷连接结构，其特征在于，由该连接方式构成的电极既作为电池正极使用，又作为电池负极使用。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN110395858A (zh) * 2019-05-31 2019-11-01 盐城工学院 一种下行潜流人工湿地的电催化实验装置

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