CN208548434U - 一种铝空气电池、供电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种铝空气电池，包括前置电池组、第一电解液储存罐、第一过滤装置、第二电解液储存罐、第二过滤装置以及水储存箱，所述前置电池组中设有铝片电极、空气电极以及电解液槽，所述铝片电极及空气电极均设置于电解液槽中。本实用新型还公开一种供电系统以及该供电系统的应用。通过独特的双电解液结构设计，解决了采用单一电解液难以同时实现启动快、供电时间长、氢氧化铝沉淀易清除、电解液不易碳酸化的问题。采用独特的管道设计和电池结构设计，使铝空气电池在工作过程中被消耗的水可以得到补充，避免电池因为电解液液位下降而导致输出的功率下降。

Description

一种铝空气电池、供电系统

技术领域

本实用新型涉及电化学技术领域，尤其涉及一种铝空气电池以及包括该铝空气电池的供电系统及其在不间断电源上的应用。

背景技术

为了满足不断发展的智能电网、移动通讯、电动汽车和应急救灾的需要，迫切需要开发能量高、成本低、体积小、寿命长的新型化学电源。金属空气电池(也称为金属燃料电池)是一种将金属材料的化学能直接转化为电能的化学电源。金属空气电池，尤其是铝空气电池，具有能量密度高(理论能量密度可达8046Wh/kg，现有技术已经可以达到2000Wh/kg)、价格低廉、资源丰富(铝占整个地壳总重量的7.45％)、环保(副产物氢氧化铝可回收利用)等优势，受到了国内外研究人员的高度关注。

尽管铝空气电池有许多优点，但还没有实现大规模应用，因为现有技术的铝空气电池存在以下缺点。

如果采用盐性电解液，优点是几乎不存在电解液碳酸化的问题，电解液过滤后可以多次循环使用。缺点是：1.放电过程中生成的氢氧化铝沉淀物较多，对于大功率铝空气电池来说，很容易堵塞管道，导致废液无法排出；2.铝空气电池在放电过程中，铝片的表面会逐渐生成一层致密的氧化膜，随着放电时间的延长，氧化膜会越来越厚，厚度可以达到250微米。氧化铝是一种在常温下不导电的物质。因此，铝空气电池的内阻会逐渐变得很大，电池输出的功率越来越小；3.电池难以实现大功率输出。根据对比例1，铝空气电池使用盐性电解液可以能满足小功率设备长时间的用电需求。铝片表面的氧化铝薄膜对于铝空气电池有利也有弊。一方面，在铝空气电池不使用时，氧化膜可保护铝片，减少能量损失。另一方面，如果在铝空气电池刚开始放电时，铝片表面的氧化膜未能很快溶解，将会导致内阻较大，电池功率低，热量损失较多。

如果采用碱性电解液，优点是放电时致密的氧化膜很快溶解，并且难以生成，可以实现长时间大功率稳定功率输出(见对比例3)。缺点是：1.放电过程中很容易生成氢氧化铝沉淀物，对于大功率铝空气电池来说，可能会堵塞管道，废液无法排出；2.在铝空气电池放电过程结束之后，铝片上残留的碱液会继续与铝片反应，生成氢氧化铝，造成电池能量损失较多，可能会堵塞管道。铝片上残留的碱液被消耗完后，铝片表面又会生成致密的氧化膜。因此，采用碱性电解液的大功率铝空气电池系统大多配有清洗液，清除放电结束后剩余的碱液。 3.碱性电解液长期与空气接触会不断吸收空气中的二氧化碳，导致电解液碳酸化，导致电池的功率下降。因此碱性电解液不用时要与空气电极和铝片分离。

如果采用酸性电解液，优点是电解液可以长期与空气接触，放电时致密的氧化膜能在很短时间内溶解，附着在铝片表面的氢氧化铝会快速脱落，放电过程中不会有沉淀物生成(氯化铝和硫酸铝在水中的溶解度都大于35g/100ml)，不存在管道堵塞的问题，废液能很快排出。但是，采用酸性电解液的话，必须控制好酸的浓度。如果强酸的浓度太高(超过2mol/l)，必然会破坏空气电极，导致催化剂溶解，镍网被腐蚀，析氢过多，能量损失大。如果酸的浓度太低，则在放电过程中，溶液中的氢离子很快被消耗完，电池的输出功率会快速下降 (对比例2)。铝空气电池使用酸性电解液可以能满足大功率设备短时间的用电需求。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的之一在于提供一种铝空气电池，通过独特的双电解液结构设计，解决了采用单一电解液难以同时实现启动快、供电时间长、氢氧化铝沉淀易清除、电解液不易碳酸化的问题。

本实用新型的目的之二在于提供一种供电系统，该供电系统包括铝空气电池、后置电池组、负载和控制系统，采用独特的管道设计和电池结构设计，使铝空气电池在工作过程中被消耗的水可以得到补充，避免电池因为电解液液位下降而导致输出的功率下降。

本实用新型的目的之三在于提供一种供电系统的应用，该供电系统将铝空气电池与常规二次电池(包括但不限于锂离子电池、铅酸蓄电池、镍氢电池) 结合到一起，解决现有技术的蓄电池无法以低成本同时满足实现高频率短时间大功率用电需求以及低频率长时间大功率用电需求的问题。

本实用新型的目的之一采用如下技术方案实现：

一种铝空气电池，包括前置电池组、第一电解液储存罐、第一过滤装置、第二电解液储存罐、第二过滤装置以及水储存箱，所述前置电池组中设有铝片电极、空气电极以及电解液槽，所述铝片电极及空气电极均设置于电解液槽中；

所述第一电解液储存罐用于容置酸性电解液并为前置电池组提供酸性电解液，所述第一过滤装置用于过滤从前置电池组流出的第一废液并将过滤后的第一废液回输至第一电解液储存罐；

所述第二电解液储存罐用于容置碱性电解液或者盐性电解液并为前置电池组提供碱性电解液或者盐性电解液，所述第二过滤装置用于过滤从前置电池组流出的第二废液并将过滤后的第二废液回输至第二电解液储存罐；

所述水储存箱用于向第一电解液储存罐及第二电解液储存罐补水。

进一步地，还包括第一泵及第二泵，所述第一泵用于将第一废液泵入第一过滤装置，所述第二泵用于将第二废液泵入第二过滤装置。

进一步地，还包括第一电解质储存罐和第二电解质储存罐，所述第一电解质储存罐用于向第一电解液储存罐补充第一电解质，所述第二电解质储存罐用于向第二电解液储存罐补充第二电解质。

进一步地，当第一电解液的液位变化时，所述水储存箱向第一电解液储存罐补水以恢复第一电解液储存罐的液位；当酸性电解液的pH值变化时，所述第一电解质储存罐向第一电解液储存罐补充第一电解质以恢复酸性电解液的pH 值；

当第二电解液的液位变化时，所述水储存箱向第二电解液储存罐补水以恢复第二电解液储存罐的液位；当第二电解液的pH值变化时，所述第二电解质储存罐向第二电解液储存罐补充第二电解质以恢复碱性电解液或者盐性电解液的 pH值。

进一步地，还包括第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀以及第四电磁阀，所述第一电磁阀用于控制第一电解液储存罐向前置电池组提供酸性电解液，所述第二电磁阀用于控制第二电解液储存罐向前置电池组提供碱性电解液或者盐性电解液，所述第三电磁阀及第四电磁阀分别用于控制水储存箱向第一电解液储存罐以及第二电解液储存罐补水。

进一步地，所述酸性电解液的溶质为硫酸、盐酸或者两者的混合酸，所述酸性电解液的pH值为0～3；所述碱性电解液的溶质为氢氧化钠、氢氧化钾或者两者的混合碱，所述碱性电解液的浓度为1～5mol/L；所述盐性电解液的溶质为氯化钾、氯化钠及氯化铵中的一种或者多种的组合，所述盐性电解液的浓度为0.2～2mol/L；

所述酸性电解液、碱性电解液及盐性电解液的溶剂均为水、乙醇及甲醇中的一种或者多种的组合。

本实用新型的目的之二采用如下技术方案实现：

一种供电系统，包括上述任一项所述的铝空气电池以及后置电池组、负载和控制系统，所述前置电池组或者市电为后置电池组供电，所述后置电池组为负载供电；

市电正常供电时由市电为后置电池组供电，市电停电时，所述控制系统控制前置电池组为后置电池组供电。

进一步地，所述后置电池组为锂离子电池组、铅酸蓄电池组及镍氢电池组中的一种或多种的组合。

相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：

(1)本实用新型一种铝空气电池，该铝空气电池包括双电解液系统，即第一电解液(酸性电解液)和第二电解液(盐性电解液或者碱性电解液)，使用时，首先通过第一电解液启动铝空气电池，铝空气电池通过氧化还原反应实现为外部负载供电。第一电解液启动铝空气电池供电具有电解液可长时间与空气接触、放电时致密的氧化膜能够迅速溶解、附着在铝片表面的氢氧化铝会快速脱落、放电过程中不会有沉淀物生成、废液能够很快被排出以及放电量大等优点，能够满足短时间大电量输出的需求。当第一电解液的有效成分被消耗殆尽时，可以通过第二电解液启动铝空气电池，铝空气电池通过氧化还原反应实现为外部负载供电。第二电解液启动铝空气电池供电具有能够水储存箱用于为第一电解液储存罐、第二电解液储存罐补水，由于电解过程、过滤过程会有大量的水消耗，通过水储存箱为第一电解液储存罐、第二电解液储存罐补水，实现第一电解液、第二电解液的pH值、电解质浓度稳定，保障电能的稳定输出。

(2)本实用新型一种供电系统，该供电系统包括铝空气电池以、后置电池组、负载和控制系统，当市电正常供电时由市电为后置电池组供电，后置电池组起到浮动充放电的作用，但是后置电池组的电容量有限，市电停电时，特别是停电时间较长时，控制系统控制前置电池组为后置电池组供电，防止外部负载出现断电情况。

附图说明

图1为本实用新型一种实施方式的供电系统的原理图；

图2为图1所示铝空气电池的原理图；

图3为实施例1的第二过滤装置分离出的第二滤渣(氢氧化铝)的XRD图；

图4为实施例1的第二过滤装置分离出的第二滤渣(氢氧化铝)的SEM图；

图5为实施例1的采用双电解液结构的铝空气电池系统在不连续工作100 小时后的空气电极SEM图；

图6为铝空气电池系统的工作流程图；

图7为实施例1的铝空气电池系统的第一电解液循环程序的流程图；

图8为实施例1的铝空气电池系统的第二电解液循环程序的流程图；

图9为对比例1的(氯化钾溶液)恒流放电曲线；

图10为对比例2的(硫酸溶液)恒流放电曲线；

图11为对比例3的(氢氧化钠溶液)恒流放电曲线。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

实施例1

如图1所示，为本实用新型一种实施方式的供电系统。该供电系统包括铝空气电池、后置电池组P1、负载P2和内设的控制系统。正常情况下，市电为后置电池组P1供电，同时，后置电池组P1为外部负载P2供电，后置电池组P1 起到浮动充放电的作用，但是后置电池组P1的电容量有限，无法长时间替代市电为负载P1进行供电。当市电突然停电时，控制系统启动前置电池组S1，由前置电池组S1替代后置电池组P1为负载P2供电。

作为优选的实施方式，后置电池组P1优选为锂离子电池组、铅酸蓄电池组及镍氢电池组中的一种，或者为锂离子电池组、铅酸蓄电池组及镍氢电池组组合构成的混合电池组。

作为优选的实施方式，如图1所示，该铝空气电池包括前置电池组S1、第一电解液储存罐S2、第一过滤装置S3、第二电解液储存罐S4、第二过滤装置 S5以及水储存箱S6。其中，如图2所示，前置电池组S1中设有铝片电极S11、空气电极S12以及电解液槽S13，铝片电极S11及空气电极S12均设置于电解液槽S13中。铝空气电池采用微合金化的铝片作为阳极，空气电极为阴极。

铝空气电池在盐性条件下的化学反应如下：

阳极：Al+3OH^ˉ→Al(OH)₃+3e^ˉ

阴极：O₂+2H₂O+4e^ˉ→4OH^ˉ

电池的总反应：4Al+3O₂+6H₂O→4Al(OH)₃↓

铝空气电池在碱性条件下的化学反应如下：

阳极Al+4OH^ˉ→Al(OH)₄ ^ˉ+3e^ˉ

阴极O₂+2H₂O+4e^ˉ→4OH^ˉ

电池的总反应：4Al+3O₂+6H₂O+4OH^ˉ→4Al(OH)₄ ^ˉ

铝空气电池在盐性条件以及碱性条件下均会发生腐蚀反应：2Al+6H₂O→ 2Al(OH)₃+3H₂↑

铝空气电池在酸性条件下的化学反应如下：

阳极Al→Al³⁺+3e^ˉ

阴极O₂+4H⁺+4e^ˉ→2H₂O

电池的总反应：4Al+3O₂+12H⁺→4Al³⁺+6H₂O

还会发生腐蚀反应：2Al+6H⁺→2Al³⁺+3H₂↑

其中，第一电解液储存罐S2用于容置酸性电解液并为前置电池组S1提供酸性电解液，酸性电解液输送至前置电池组S1的电解液槽S13中后，铝片电极S11及空气电极S12以酸性电解液为介质进行氧化还原反应并为后置电池组P1 供电。电解液槽S13中的酸性电解液发生反应后成为第一废液并从前置电池组 S1中排出，第一废液流经第一过滤装置S3，第一过滤装置S3用于过滤从前置电池组S1流出的第一废液并将过滤后的第一废液回输至第一电解液储存罐S2。如果采用第二电解液介导铝片电极S11及空气电极S12进行氧化还原反应并为后置电池组P1供电，操作原理与上述相同。第二电解液储存罐S4用于容置碱性电解液或者盐性电解液并为前置电池组S1提供碱性电解液或者盐性电解液，电解液槽S13中的碱性电解液或者盐性电解液在阴极、阳极发生反应后转变成第二废液并从前置电池组S1中排出，第二废液流经第二过滤装置S5，第二过滤装置S5用于过滤从前置电池组S1流出的第二废液并将过滤后的第二废液回输至第二电解液储存罐S4。当第一电解液储存罐S2及第二电解液储存罐S4中因原电池反应导致电解液变少、电解液液位发生变化时，水储存箱S6用于向第一电解液储存罐S2及第二电解液储存罐S4补水，使得第一电解液储存罐S2及第二电解液储存罐S4中的液位、pH值、电解质浓度等保持相对恒定。此处第一过滤装置S2、第二过滤装置S5均优选为旋流器，

本实用新型铝空气电池中，第一电解液启动铝空气电池供电具有电解液可长时间与空气接触、放电时致密的氧化膜能够迅速溶解、附着在铝片表面的氢氧化铝会快速脱落、放电过程中不会有沉淀物生成、废液能够很快被排出以及放电量大等优点，能够满足短时间大电量输出的需求。当第一电解液的有效成分被消耗殆尽时，可以通过第二电解液启动铝空气电池，铝空气电池通过氧化还原反应实现为外部负载供电。第二电解液启动铝空气电池供电具有电能输出能够维持较长时间输出稳定电能，生成的氢氧化铝沉淀能够通过过滤系统迅速除去，避免固渣堵塞管路，过滤后的废液同样能够回输至电解液储存罐，实现电解液的高效利用。上述第一废液、第二废液经过过滤装置过滤时能够除去其中的固渣，防止固渣累积并因此堵塞流通管路，同时，通过不断从第一电解液储存罐S2、第二电解液储存罐S4向电解液槽S13中输送电解液，便于前置电池组S1正常进行氧化还原(原电池反应)，避免因内部传导介质的变化引起内阻的变化(即外部电动势的变化)，防止铝片电极S11因生成致密氧化膜而影响导电效果，保证电能的稳定、长时间输出。水储存箱S6用于为第一电解液储存罐S2、第二电解液储存罐S4补水，由于电解过程、过滤过程会有大量的水消耗，通过水储存箱S6为第一电解液储存罐S2、第二电解液储存罐S4补水，实现第一电解液、第二电解液的pH值、电解质浓度以及液位相对恒定，保障电能的稳定输出。

作为优选的实施方式，还包括第一泵S7及第二泵S8，第一泵S7用于将第一废液泵入第一过滤装置S3中，从而帮助第一废液经过滤之后回输至第一电解液储存罐S2，实现第一电解液的循环利用、电解质浓度及液位的相对的恒定。第二泵S8用于将第二废液泵入第二过滤装置S5，从而帮助第二废液经过滤之后回输至第二电解液储存罐S4，实现第二电解液的循环利用、电解质浓度及液位的相对的恒定。

作为优选的实施方式，还包括第一电解质储存罐S9和第二电解质储存罐 S10。其中，当因电解导致第一电解液中电解质消耗时，第一电解质储存罐S9 用于向第一电解液储存罐S2补充第一电解质，由此，保证第一电解液中电解质浓度、pH值等相对恒定。当因电解导致第二电解液中电解质消耗时，第二电解质储存罐S10用于向第二电解液储存罐S4补充第二电解质，由此，保证第二电解液中电解质浓度、pH值等相对恒定。

作为优选的实施方式，当酸性电解液(第一电解液)的液位变化时，水储存箱S6向第一电解液储存罐S2补水以恢复第一电解液储存罐S2的液位。当酸性电解液(第一电解液)的pH值变化时，第一电解质储存罐S9向第一电解液储存罐S2补充第一电解质以恢复酸性电解液的pH值。当第二电解液的液位变化时，水储存箱S6向第二电解液储存罐S4补水以恢复第二电解液储存罐S4的液位。当第二电解液的pH值变化时，第二电解质储存罐S10向第二电解液储存罐S4补充第二电解质以恢复碱性电解液或者盐性电解液的pH值。通过上述补充电解质以及补水的过程，确保第一电解液、第二电解液的液位、pH值以及电解质浓度相对恒定，确保前置电池组S1在第一电解液、第二电解液的介导过程中电量输出恒定。

作为优选的实施方式，还包括第一电磁阀M1、第二电磁阀M2、第三电磁阀M3以及第四电磁阀M4。第一电磁阀M1用于控制第一电解液储存罐S2向前置电池组S1提供酸性电解液，第二电磁阀M2用于控制第二电解液储存罐S4 向前置电池组S1提供碱性电解液或者盐性电解液，第三电磁阀M3及第四电磁阀M4分别用于控制水储存箱S6向第一电解液储存罐S2以及第二电解液储存罐S4补水。通过设置的第一电磁阀M1及第二电磁阀M2，方便控制系统通过控制第一电磁阀M1及第二电磁阀M2进而实现第一电解液介导前置电池组S1 启动氧化还原反应或者实现第二电解液介导前置电池组S1启动氧化还原反应，从而实现很好地控制前置电池组S1的一级启动以及二级启动过程。

作为优选的实施方式，酸性电解液(第一电解液)的溶质为硫酸、盐酸或者两者的混合酸，酸性电解液的pH值优选为0～3。碱性电解液的溶质为氢氧化钠、氢氧化钾或者两者的混合碱，碱性电解液的浓度优选为1～5mol/L。盐性电解液的溶质为氯化钾、氯化钠及氯化铵中的一种或者多种的组合，盐性电解液的浓度优选为0.2～2mol/L。上述酸性电解液、碱性电解液及盐性电解液的溶剂均为水、乙醇及甲醇中的一种或者多种的组合。

图3为实施例1的第二过滤装置分离出的第二滤渣(氢氧化铝)的XRD图 (电解液为0.427mol/l氯化钾溶液)。图4为实施例1的第一过滤装置分离出的第一滤渣(氢氧化铝)的SEM图(电解液为0.427mol/l氯化钾溶液)。图谱结果显示第一滤渣中没有检测到碳酸氢钾，说明采用采用盐性电解液不存在溶液碳酸化的问题。图5为实施例1的采用双电解液结构的铝空气电池在不连续工作 100小时后的空气电极的SEM图。电极的催化剂颗粒脱落较少，说明采用双电解液结构可行。

实施例2

实施例1中供电系统应用于不间断电源的使用方法如图6-8所示。

第一：正常情况下，市电为后置电池组P1充电，同时，后置电池组P1放电为负载P2供电。

第二：市电停电时，控制系统开始计算停电时间，在预设时间内，前置电池组S1不启动且后置电池组P1继续放电，预设时间优选为20～40min。

第三：当停电时间超过预设时间时，后置电池组P1继续放电，前置电池组 S1启动(一级启动，从启动过程到开始放电一般历时1～2min)且第一电解液储存罐S2向前置电池组S1(即电解液槽S13)提供酸性电解液，前置电池组 S1进行一级启动。

第四：在第一电解液达到前置电池组S1的指定液位前(此时，前置电池组 S1还未开始放电)，市电恢复向后置电池组P1供电则停止前置电池组S1的一级启动过程。此时，停止第一电解液储存罐S2向前置电池组S1提供酸性电解液，同时，将已经灌输到前置电池组S1中的第一电解液回输至第一电解液储存罐S2。如果市电未恢复向后置电池组P1供电，则由前置电池组S1向后置电池组P1供电(此时，前置电池组S1开始放电)，同时，从前置电池组S1流出的第一废液经过滤后回输至第一电解液储存罐S2，由此，实现第一电解液在第一电解液储存罐S2、前置电池组S1以及第一过滤装置S3之间进行循环流动，保证前置电池组S1的正常放电过程。同时，控制系统检测第一电解液的pH值(第一电解液的pH值优选小于3)、电解质浓度以及液位变化，通过第一电解质储存罐S9向第一电解液储存罐S2补充电解质来调节第一电解液中电解质浓度、 pH值，以及通过水储存箱S6向第一电解液储存罐S2补水以恢复第一电解液储存罐S2的液位。

第五：停电时间超过阈值时间时，控制系统控制前置电池组S1暂停供电且后置电池组P1继续放电。此时，停止第一电解液储存罐S2向前置电池组S1提供酸性电解液，同时，将已经灌输到前置电池组S1中的第一电解液全部回输至第一电解液储存罐S2。然后，第二电解液储存罐S4向前置电池组S1提供碱性电解液或者盐性电解液，当第二电解液达到前置电池组S1的指定液位时前置电池组S1为后置电池组P1供电(即为前置电池组S1的二级启动过程)，同时，第二废液经第二过滤装置S5过滤后回输至第二电解液储存罐S4，阈值时间优选为40～80min。同时，控制系统检测第二电解液的pH值(第二电解液的pH值优选大于9)、电解质浓度以及液位变化，通过第二电解质储存罐S10向第二电解液储存罐S4补充电解质来调节第二电解液中电解质浓度、pH值，以及通过水储存箱S6向第二电解液储存罐S4补水以恢复第一电解液储存罐S4的液位。

通过前置电池组S1的一级启动与二级启动的依次进行，既能保证前置电池组S1能够长时间稳定输出电能，同时，也能避免铝片电极氧化阻碍反应、防止沉淀物堵塞电解液管路。

第六：市电恢复为后置电池组P1供电后，前置电池组S1停止供电，此时，停止第二电解液储存罐S4向前置电池组S1提供碱性电解液或者盐性电解液，同时，将已经灌输到前置电池组S1中的第二电解液(碱性电解液或者盐性电解液)全部回输至第二电解液储存罐S4。

作为优选的实施方式，在第三中，前置电池组S1已进行一级启动但还未开始放电前，后置电池组P1继续放电1～10min。同理，在第五中，前置电池组 S1暂停供电(已开始二级启动但还未开始放电前)且后置电池组P1继续放电1～ 10min。预设时间优选为20min，阈值时间优选为60min。

实施例3

实施例3为一种铝空气电池，实施例3对应的铝空气电池与实施例1中的铝空气电池总体结构相同，不同之处在于：后置电池组P1为锂离子电池组，第一电解液为0.5mol/L的盐酸水溶液，第二电解液为0.427mol/L的氯化钾溶液。

实施例4

实施例4为一种铝空气电池，实施例4对应的铝空气电池与实施例1中的铝空气电池总体结构相同，不同之处在于：后置电池组P1为铅酸蓄电池组，第一电解液为0.5mol/L的硫酸水溶液，第二电解液为4mol/L的氢氧化钠水溶液。第一过滤装置S3以及第二过滤装置S5均优选为真空抽滤机。

实施例5

实施例5为一种铝空气电池，实施例5对应的铝空气电池与实施例1中的铝空气电池总体结构相同，不同之处在于：后置电池组P1为镍氢电池组，第一电解液为1mol/L的盐酸甲醇溶液，第二电解液为4mol/L的氢氧化钾甲醇溶液。第一过滤装置S3以及第二过滤装置S5均优选为过滤泵。

实施例6

实施例6为一种铝空气电池，实施例6对应的铝空气电池与实施例1中的铝空气电池总体结构相同，不同之处在于：第一电解液为0.5mol/L的盐酸乙醇溶液，第二电解液为1mol/L的氯化钠溶液。第一过滤装置S3以及第二过滤装置S5均优选为真空抽滤机。

对比例1

铝片的表面积：30平方厘米；铝片的质量：30克；空气电极的表面积：30 平方厘米；电解液：90毫升的(1mol/l)氯化钾溶液。用蓝电电池测试系统对电池进行500毫安的恒流放电测试，放电曲线见图9。

实验结果

开路电压：1.6V；

放电中压：1.10V；

放电容量：3723.28mAh；

放电时间：7.5h；

放电量：4.096Wh；

铝的消耗量：2.06g；

反应后的电解液(含白色泥浆状沉淀)：88毫升；

阳极的能量密度：1988.34Wh/kg；

用真空抽滤机分离滤液和滤渣，得到滤清液50毫升；滤渣的颗粒比较细小；

白色泥浆状沉淀(含水)的质量：45g。

从图9可以观察到，电池在连续稳定地恒流放电7.5小时后，电压仍然稳定在1.1V。采用盐性电解液，铝空气电池的输出功率较低，产生的沉淀物较多，容易堵塞管道，但是比较稳定，能满足小功率设备长时间的用电需求。

对比例2

铝片的表面积：30平方厘米；铝片的质量：30克；空气电极的表面积：30 平方厘米；电解液：90毫升0.5mol/l稀硫酸。用蓝电电池测试系统对电池进行 500毫安的恒流放电测试，放电曲线见图10。

实验结果

开路电压：2.39V；

放电中压：0.89V；

放电容量：401.24mAh；

放电时间48min；

放电量：0.3584Wh；

铝的消耗量：0.85g；

阳极的能量密度：421.64Wh/kg；

反应后的电解液(无沉淀物)：87.5毫升。

由于硫酸铝在水中的溶解度很大，所以电池系统没有沉淀物生成。

从图10可以观察到，电池在连续稳定地恒流放电24分钟后，由于酸中的氢离子被消耗，输出功率快速下降。采用酸性电解液，铝空气电池的输出功率较大，没有沉淀物产生，粘在铝片或者空气电极上的沉淀物也会快速脱落，不会堵塞管道，但是维持大功率输出的时间不够长，能满足大功率设备短时间的用电需求。

对比例3

铝片的表面积：30平方厘米；铝片的质量：30克；空气电极的表面积：30 平方厘米；电解液：90毫升4.5mol/l氢氧化钠溶液，缓蚀剂为三水锡酸钠 (1g/100ml)。用蓝电电池测试系统对电池进行500毫安的恒流放电测试，放电曲线见图11。

实验结果

开路电压：1.9V；

放电中压：1.37V；

放电容量：17275.16mAh；

放电时间34.5h；

放电量：23.667Wh；

铝的消耗量：9.2g；

反应后的电解液(含沉淀物)：80毫升；

阳极的能量密度：2572.5Wh/kg。

用真空抽滤机分离滤液和滤渣，得到滤清液60毫升。滤渣的颗粒比较粗大。滤渣(含水)的质量：34g。因为电池系统排出的沉淀物含水，所以会带走一部分电解液；被消耗的铝有一部分转化为不溶于水的氢氧化铝，有一部分转化为易溶于水的偏铝酸盐。

从图11可以观察到，电池在连续稳定地恒流放电34.5h后，输出电压仍然较高，达到1.38V；开路电压仍然有1.57V。采用碱性电解液，铝空气电池的输出功率较大，有沉淀物产生，可能会堵塞管道，能满足大功率设备长时间的用电需求。通过增大管道孔径和电池盒的体积可以使沉淀物堵塞管道的问题得到缓解，但部分沉淀物还是会粘在铝片或者空气电极上，无法彻底解决问题。

上述实施方式仅为本实用新型的优选实施方式，不能以此来限定本实用新型保护的范围，本领域的技术人员在本实用新型的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本实用新型所要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种铝空气电池，其特征在于，包括前置电池组、第一电解液储存罐、第一过滤装置、第二电解液储存罐、第二过滤装置以及水储存箱，所述前置电池组中设有铝片电极、空气电极以及电解液槽，所述铝片电极及空气电极均设置于电解液槽中；

所述第一电解液储存罐用于容置酸性电解液并为前置电池组提供酸性电解液，所述第一过滤装置用于过滤从前置电池组流出的第一废液并将过滤后的第一废液回输至第一电解液储存罐；

所述第二电解液储存罐用于容置碱性电解液或者盐性电解液并为前置电池组提供碱性电解液或者盐性电解液，所述第二过滤装置用于过滤从前置电池组流出的第二废液并将过滤后的第二废液回输至第二电解液储存罐；

所述水储存箱用于向第一电解液储存罐及第二电解液储存罐补水。

2.如权利要求1所述的铝空气电池，其特征在于，还包括第一泵及第二泵，所述第一泵用于将第一废液泵入第一过滤装置，所述第二泵用于将第二废液泵入第二过滤装置。

3.如权利要求2所述的铝空气电池，其特征在于，还包括第一电解质储存罐和第二电解质储存罐，所述第一电解质储存罐用于向第一电解液储存罐补充第一电解质，所述第二电解质储存罐用于向第二电解液储存罐补充第二电解质。

4.如权利要求3所述的铝空气电池，其特征在于，当第一电解液的液位变化时，所述水储存箱向第一电解液储存罐补水以恢复第一电解液储存罐的液位；当酸性电解液的pH值变化时，所述第一电解质储存罐向第一电解液储存罐补充第一电解质以恢复酸性电解液的pH值；

当第二电解液的液位变化时，所述水储存箱向第二电解液储存罐补水以恢复第二电解液储存罐的液位；当第二电解液的pH值变化时，所述第二电解质储存罐向第二电解液储存罐补充第二电解质以恢复碱性电解液或者盐性电解液的pH值。

5.如权利要求4所述的铝空气电池，其特征在于，还包括第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀以及第四电磁阀，所述第一电磁阀用于控制第一电解液储存罐向前置电池组提供酸性电解液，所述第二电磁阀用于控制第二电解液储存罐向前置电池组提供碱性电解液或者盐性电解液，所述第三电磁阀及第四电磁阀分别用于控制水储存箱向第一电解液储存罐以及第二电解液储存罐补水。

6.如权利要求1所述的铝空气电池，其特征在于，所述酸性电解液的溶质为硫酸、盐酸或者两者的混合酸，所述酸性电解液的pH值为0～3；所述碱性电解液的溶质为氢氧化钠、氢氧化钾或者两者的混合碱，所述碱性电解液的浓度为1～5mol/L；所述盐性电解液的溶质为氯化钾、氯化钠及氯化铵中的一种或者多种的组合，所述盐性电解液的浓度为0.2～2mol/L；

所述酸性电解液、碱性电解液及盐性电解液的溶剂均为水、乙醇及甲醇中的一种或者多种的组合。

7.一种供电系统，其特征在于，包括上述权利要求1～6任一项所述的铝空气电池以及后置电池组、负载和控制系统，所述前置电池组或者市电为后置电池组供电，所述后置电池组为负载供电；

市电正常供电时由市电为后置电池组供电，市电停电时，所述控制系统控制前置电池组为后置电池组供电。

8.如权利要求7所述的供电系统，其特征在于，所述后置电池组为锂离子电池组、铅酸蓄电池组及镍氢电池组中的一种或多种的组合。