CN207517831U - 便于更换负极锌金属板的简易锌空电池 - Google Patents

便于更换负极锌金属板的简易锌空电池 Download PDF

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Abstract

本实用新型属于锌空电池领域，公开了一种便于更换负极锌金属板的简易锌空电池。其由电池盒、电池盖、负极锌金属及空气电极组成，特征在于，电池为立体式，电池盒上设有沿盒体纵深方向的插口，用于插取锌片或者加取碱液，电解液储液槽置于电池盒内下方；空气电极位于电池盒体内一侧；凸于盒体的电池盖活动连接在电池盒盒体上，通过螺钉与空气电极以及电池盖连接固定。该电池可以从插锌口快速换用锌片，可以保证电池在有效使用时间内能够连续使用，解决了换试剂难并且易于漏液的问题。简易并且好操作，制作成本低，便于组装拆卸。

Description

便于更换负极锌金属板的简易锌空电池
技术领域
本实用新型属锌空电池领域，涉及一种装配简易并且可更换负极锌金属板的锌空电池。
背景技术
锌空电池以其低廉的价格，较高的能量密度以及极强的安全性，在日益增长的电池产业中越来越备受瞩目。而且，由于其在反应中负极为价格低廉并且性质稳定的锌金属，正极为来源广泛的空气组分中的氧气，没有任何空气污染物排放，因此可以被称之为清洁无污染的化学能源。然而，锌空电池因为使用强碱性电解质，若采用液态电解质，则会有泄漏的危险；另外，如今的锌空气电池并非真正意义上的充电电池，需要定期更换消耗殆尽的负极锌金属，而锌金属的更换一般需要启封电池，不但容易造成液态污染物泄漏，而且不能实现连续工作。为此，对锌空电池进行结构改进，提高其使用价值，非常必要。
发明内容
针对目前技术现状，本实用新型目的在于提供一种装配简易并且不易漏液，在不用打开电池主体的情况下可以快速更换负极锌金属板的新型锌空电池。
为实现本实用新型目的，本实用新型采用立式设计，并且不再使用传统锌空电池的卡槽式盒盖密封技术，并且不使用不耐用的防漏液密封垫以及不可重新二次使用的密封胶，而采用简单易行的机械固定结构，经过多种尝试，仅仅使用简单的螺钉结构就可实现固定与防水密封。
具体技术方案如下：
所述新型锌空电池由电池盒、电池盖、负极锌金属及空气电极组成，特征在于，电池为立体式，电池盒上设有沿盒体纵深方向的插口，用于插取锌片或者加取电解液，电解液储液槽置于电池盒内下方；空气电极位于电池盒体内一侧；凸于盒体的电池盖活动连接在电池盒盒体上，通过螺钉与空气电极以及电池盖连接固定。
用自然液封插锌口。
电池可以设计成正方形、长方形或圆柱形等。
电池盒材质使用的是一般常见的亚克力塑料，还可以使用ABS塑料进行3D打印。
理论解释：
(1)电池反应机理为：
正极反应：1/2O2+2e-+H2O→2OH-
负极反应：Zn+4OH-→Zn(OH)4 2-+2e-
Zn(OH)4 2-→ZnO+H2O+2OH-
电池总反应为：Zn+2OH-+1/2O2+H2O→Zn(OH)4 2-
(2)电池电压：
本实用新型锌空电池使用的电解质体系是6mol/h的KOH溶液与纯锌片(分析纯度99.9％)，以及外购的隔水透气的正极薄膜。
(A)负极:
Zn-2e-→Zn2+,
在6mol/h的KOH溶液中，ρ＝1.220×10-3kg/m3,
离子强度计算：
使用Debye-Huckel方程(只适用于稀溶液，因此这样的估算仅仅作为应用型估算，不具备学术价值)估算活度系数:
a(OH-)＝b(OH-)γ±＝6.79×2.237×10-3＝0.015(mol/kg)
根据Zn(OH)2的溶解沉淀平衡：
Zn2++2OH-→Zn(OH)2
其溶度积常数为：Ksp＝1.2×10-17
根据能斯特方程计算：
(B)正极:
1/2O2+2e-+H2O——>2OH-,
通过实验测定，开路电压E＝1.41±0.05V，因此偏差为△E＝0.24V，可以稳定使用。
本实用新型优点：1、该电池在不用打开电池主体的情况下通过插口可以快速更换负极锌金属板和电解液，替代卡槽式盒盖密封技术，可以保证电池在有效使用时间内能够连续使用，解决了换试剂难并且易于漏液的问题。简易并且好操作，制作成本低，便于组装拆卸；2、电池盖活动连接在电池盒盒体上，通过螺钉与空气电极以及电池盖机械连接固定，实现了固定与防水密封作用，替代防漏液密封垫以及不可重新二次使用的密封胶，环保耐用，并且通过电池盖可以及时更换空气电极，非常方便；3、电池盒上设有的插口，可以一口两用，用于插取锌片或者加取电解液，还可以有效释放副反应可能释放的少量氢气，不用时可以将锌片取出，易于控制电池反应的开启与停止，非常方便。结构的改进从整体上提高了其使用价值，具有很好的推广前景。
附图说明
图1为本实用新型电池结构示意图，图中，1-插锌口，2-电池盒，3-电池盖，4-储液槽，5-螺钉孔。
图2为本实用新型电池装配图，图中，2-电池盒，3-电池盖，5-螺钉孔，6-锌片，7-空气电极，8-螺钉。
具体实施方式
为对本实用新型进行更好的说明，举实施例如下：
使用的空气电极购买自QUANTUM SPHERE公司的QSI-Nano Gas DiffusionElectrode With Separator电极(LOT#10172014-01)，并将其切成70mm×70mm平整电极片。
实施例1
结合附图1和2，电池设计成正方形或长方形，所述新型锌空电池由电池盒2、电池盖3、负极锌金属片6及空气电极7组成，特征在于，电池为立体式，电池盒2上设有沿盒体纵深方向的插口1，用于插取锌片或者加取碱液，电解液储液槽4置于电池盒2内下方；空气电极7位于电池盒体2内一侧；凸于盒体的电池盖3活动连接在电池盒2盒体上，通过螺钉5与空气电极7以及电池盖2连接固定。用自然液封插锌口。
电池盒材质使用亚克力塑料。
应用例1电池装配
(1)首先使用四个螺钉依次将空气电极片，电池盒，与电池盖直接连接固定组装。
(2)加装试剂：使用10ml注射器缓慢注射约15ml的6mol/L的KOH溶液于储液槽中；将锌片从电池盒上的插锌口加入，插到底部，并使锌片贴电池盒后壁放置，不接触空气电极(少量接触)。用自然液封插锌口。
(3)电极处理：将空气电极伸出端剥开露出其中的铁网，为正极端，锌片上卡上接头，为负极端，即可完成电池。
(4)换剂处理：建议在连续使用电池放电30min后即换新的锌片，在连续放电累计60min换新的KOH溶液。在不使用电池的时候建议将锌片拔出，并且在第一次加液后始终保持电池内空气电极湿润。使用完后的废锌片以及废碱液按照环保标准处理后，达到相关标准后予以丢弃。

Claims (2)

1.可更换负极锌金属板的锌空电池，由电池盒、电池盖、负极锌金属及空气电极组成，其特征在于，电池为立体式，电池盒上设有沿盒体纵深方向的插口，用于插取锌片或者加取电解液，电解液储液槽置于电池盒内下方；空气电极位于电池盒体内一侧；凸于盒体的电池盖活动连接在电池盒盒体上，通过螺钉与空气电极以及电池盖连接固定；用自然液封插锌口。
2.如权利要求1所述的可更换负极锌金属板的锌空电池，特征在于，电池设计成正方形、长方形或圆柱形。
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