CN210468045U - 金属燃料电池结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了金属燃料电池结构，包括电池壳，电池壳内部设有储料室和反应室，储料室位于反应室的上方，储料室和反应室之间设有隔板，隔板上设有连通储料室和反应室的下料口，下料口的上方设有下料挡板，电池壳上固定有电动推杆，电动推杆的末端与下料挡板连接。储料室内存放有金属电极原料，反应室内贮存有电解液，电池壳的外壁周向固定有多个空气电极，空气电极通过电池壳上的通孔与电解液接触，反应室内的金属电极、电解液和空气电极组成一个电池单体，发生化学反应，进行发电。当反应室内的金属电极减少到一定量时，打开下料口，储料室内存放的金属电极落入反应室内，继续发电，无需停机，延长金属燃料电池的持续发电时间，提高工作效率。

Description

金属燃料电池结构

技术领域

本实用新型涉及金属燃料电池领域，更为具体来说，本实用新型涉及一种金属燃料电池结构。

背景技术

金属燃料电池，顾名思义就是以金属与空气作为电池材料的一种新型电池。它是一种无污染、长效、稳定可靠的电源，是一款对环境十分友好的电池。金属燃料电池具有很大的适应性，既能用于陆地也能用于深海；既可作动力电池，又能作长寿命高比能的信号电池，是一款十分强大的电池，有很广阔的应用前景。

以铝空气电池为例，它以高纯度铝Al(含铝99.99％)为负极、氧为正极，以氢氧化钾(KOH)或氢氧化钠(NaOH)水溶液为电解质。铝摄取氧，在电池放电时产生化学反应，铝和氧作用转化为氧化铝。铝空气电池的进展十分迅速，它在电动汽车上的应用已取得良好效果，是一种很有发展前途的金属燃料电池。

现有的金属燃料电池将多个金属空气单体串联在一起，以满足金属燃料电池结构的性能要求。常用的金属空气单体形状为矩形，包括壳体、矩形金属板和空气电极。电池中的金属板和电解质会随着反应的进行不断被消耗，随之，电池的工作效率越来越低，此时便需要将电池单体中的电解液和矩形金属板更换掉。更换的方法为：将矩形金属板从壳体中抽出，这种方法不仅更换繁琐、费事，而且更换时需停止整个电池的发电工作，工作效率低。

鉴于前述金属燃料电池更换金属板繁琐以及更换时需停机、停止发电等问题，需要一种可以快捷补充金属阳极，且更换过程无需停机的金属燃料电池结构。

实用新型内容

为解决现有的金属燃料电池更换金属板繁琐以及更换时需停机等问题，本实用新型创新地提供了一种金属燃料电池结构，实现了无需停机便能补充金属阳极，延长了金属燃料电池持续发电时间，提高工作效率。

为实现上述的技术目的，本实用新型公开了一种金属燃料电池结构，包括电池壳，所述电池壳内部设有储料室和反应室，所述储料室位于所述反应室的上方，所述储料室和反应室之间设有隔板，所述隔板上设有连通所述储料室和反应室的下料口，所述下料口的上方设有下料挡板，所述电池壳上固定有电动推杆，所述电动推杆的末端与所述下料挡板连接。

进一步的，所述储料室内存放有金属电极原料，所述反应室内贮存有电解液，所述电池壳的外壁周向固定有多个空气电极，所述空气电极通过电池壳上的通孔与所述反应室内的电解液接触。

进一步的，所述金属燃料电池结构还包括控制器和红外传感，所述第一红外传感器设置在所述电解液液面的上方，所述控制器分别与所述电动推杆、所述第一红外传感器通信连接。

进一步的，所述隔板上设有多个所述下料口，所述反应室的数量与下料口的数量相同，每个所述下料口下方对应一个所述反应室。

进一步的，每个所述反应室内设有铜网，所述铜网连接有导线，所述导线的另一端与所述电池壳外的集流排连接。

进一步的，所述下料口包括多个间隔的第一开口，所述下料挡板上设有多个与所述第一开口对应的第二开口，两个相邻的所述第二开口之间的间距大于所述第一开口的宽度。

进一步的，所述电池壳的顶部设有进料口，所述进料口上方设有盖板，所述盖板与所述电池壳滑动连接。

进一步的，所述金属燃料电池结构还包括第二红外传感器，所述第二红外传感器设置于所述下料口的上方，所述第二红外传感器与所述控制器通信连接。

进一步的，所述金属电极原料呈粉状、颗粒状或块状。

进一步的，所述反应室呈漏斗形。

本实用新型的有益效果为：

(1)与现有技术相比，本实用新型提供的金属燃料电池结构设有储料室和反应室，储料室内存放有金属电极原料，当反应室内的金属电极随反应减少到一定量时，电动推杆带动下料挡板运动，使下料口打开，储料室内存放的金属电极原料落入反应室内，继续反应进行发电，无需停机更换金属电极，延长了金属燃料电池的持续发电时间，提高工作效率。

(2)本实用新型提供的金属燃料电池结构包括多个反应室，即多个电池单体，多个电池单体通过导线将电压汇集到集流排，增加电压，提高工作效率。

(3)本实用新型提供的金属燃料电池结构还包括第一红外传感器和控制器，当第一红外传感器监测到反应室内的金属电极高度低于第一预设高度时，控制器控制电动推杆运动，使下料口打开，储料室内存放的金属电极原料落入反应室内，继续反应进行发电，实现自动补充金属电极，无需停机更换金属电极，延长了金属燃料电池的持续发电时间，提高工作效率。

附图说明

图1为金属燃料电池结构的正视透视图。

图2为隔板和下料挡板的结构示意图。

图3为金属燃料电池结构的俯视结构示意图。

图中，

1、电池壳；2、空气电极；3、进料口；4、储料室；5、反应室；6、隔板；7、下料口；8、下料挡板；9、电动推杆；10、第一红外传感器；10’、第二红外传感器；11、通孔；12、铜网；13、导线；14、集流排；15、第一开口；16、第二开口；17、盖板；18、滑槽；19、把手；20、导线引出口；21、电解液口。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本实用新型提供的一种金属燃料电池结构进行详细的解释和说明。

图1为金属燃料电池结构的正视透视图，如图1所示，本实施例具体公开了一种金属燃料电池结构，包括电池壳1，电池壳1内部设有储料室4和反应室5，储料室4位于反应室5的上方，储料室4和反应室5之间设有隔板6，即隔板6将电池壳1的内部腔体分隔成上部的储料室4和下部的反应室5，隔板6上设有连通储料室4和反应室5的下料口7，下料口7的上方设有下料挡板8，电池壳1上固定有下料挡板8，电动推杆9的杆部从电池壳1上的圆孔伸入到储料室4内，电动推杆9的末端与下料挡板8连接，优选地，电动推杆杆部与下料挡板8处于同一平面上、电动推杆9的末端是指电动推杆9的伸出端，电动推杆9用于带动下料挡板8往复运动，实现下料口7的打开或关闭。

储料室4内存放有金属电极原料，用于向储料室4下方的反应室5补充金属电极；反应室5内贮存有电解液，打开下料口7可以从储料室4向反应室5内添加金属电极，反应室5内的金属电极与电解液接触，电池壳1的外壁上周向固定有多个空气电极2，优选为相对的侧面上各固定一个空气电极2，多个空气电极2的设置增加反应效率，空气电极2通过电池壳上的通孔11与反应室5内的电解液接触，反应室5内的金属电极、电解液和空气电极2组成一个电池单体，发生化学反应，进行发电；优选地，空气电极2呈片状，空气电极2将通孔11覆盖住。

采用上述电池结构的金属燃料电池第一次工作时，反应室5内预先添加一定量的金属电极和电解液，储料室4内存放有金属电极原料。开始工作时，下料口7为关闭状态，反应室5内的金属电极、电解液和空气电极2组成一个电池单体，发生化学反应，进行发电。随着反应室5内反应的进行，金属电极的量逐渐减少，当减少到一定量时，操纵电动推杆9带动下料挡板8运动，打开下料口7，储料室4与反应室5连通，储存室5内存放的金属电极原料在重力作用下落入其下方的反应室5内，继续参与化学反应进行发电。当从储料室4向反应室5内补充的金属电极量足够多时，可操纵电动推杆9带动下料挡板8反向运动，将下料口7关闭，等反应一段时间后，反应室5内的金属电极减少到一定量时，再次打开下料口7补充金属电极，无需停机，就能保证金属燃料电池的持续发电。

在本实用新型一些优选的实施例中，金属燃料电池结构还可包括控制器和第一红外传感器10，第一红外传感器10固定在反应室5对应的电池壳1外壁上，第一红外传感器10设置在电解液液面的上方，控制器分别与电动推杆9、第一红外传感器10通信连接，控制器根据第一红外传感器10的信号来驱动电动推杆9。金属燃料电池结构还可包括第二红外传感器10’，第二红外传感器10’固定在储料室4对应的电池壳1外壁上、在竖直方向上设置于下料口7的上方，第二红外传感器10’与控制器通信连接，第二红外传感器10’用于监测储料室4内金属电极原料的剩余量，当第二红外传感器10’监测到储料室4内金属电极原料的剩余量不足时，将信号发送给控制器，控制器不再控制电动推杆9运动，此时，需人工向储料室4内补充金属电极原料。

采用上述电池结构的金属燃料电池第一次工作时，反应室5内的金属电极顶部位于第一红外传感器10监测位置的上方，电解液的最高液面位于第一红外传感器10的下方。开始工作时，下料口7为关闭状态，反应室5内的金属电极、电解液和空气电极2组成一个电池单体，发生化学反应，进行发电。随着反应室5内反应的进行，第一红外传感器10监测到反应室5内的金属电极高度低于第一预设高度时，控制器控制电动推杆9带动下料挡板8运动，打开下料口7，储料室4与反应室5连通，储存室5内存放的金属电极原料在重力作用下落入其下方的反应室5内，继续参与化学反应进行发电。当第一红外传感器10监测到反应室5内的金属电极高度超过第二预设高度后，控制器控制电动推杆9反向运动，将下料口7关闭。如此多次自动控制，进行金属电极的补充，无需停机，就能保证金属燃料电池的持续发电。随着反应的进行，当第二红外传感器10’监测到储料室4内金属电极原料的剩余量不足时，将信号发送给控制器，控制器不再控制电动推杆9运动，此时，需人工向储料室4内补充金属电极原料。

第一预设高度和第二预设高度为提前设置，控制器无需再进行判断，只需接收第一红外传感器10监测的信息，然后简单控制电动推杆运动即可。

如图1所示，隔板6上设有多个下料口7，反应室5的数量与下料口7的数量相同，每个下料口7下方对应一个反应室5，优选地，多个下料口相互平行，多个反应室相互平行；每个反应室5为一个电池单体，每个反应室5内设有铜网12，铜网12浸在电解液内，铜网12与反应室内的金属电极接触，铜网12连接有导线13，导线13的另一端穿过电池壳上的导线引出口20后与电池壳外的集流排14连接，反应室5内经化学反应产生的电压经导线传送至集流排14，集流排14将多个反应室产生的电压形成大电压，以满足不同负荷需求。

图2为隔板和下料挡板的结构示意图，如图2所示，下料口7包括多个间隔的第一开口15，下料挡板8上设有多个与第一开口15对应的第二开口16，两个相邻的第二开口16之间的间距大于第一开口15的宽度。电动推杆9带动下料挡板8运动，当第二开口16和第一开口15对应重合时，下料口7打开，储料室4和反应室5连通，储料室4内存放的金属电极原料落入反应室5内。电动推杆9带动下料挡板8反向运动，当第二开口16和第一开口15错开，第二开口16之间的间隔覆盖在第一开口15上，下料口7关闭，储料室4与反应室5被隔开。一方面，第一开口15和第二开口16的数量设计成多个，保证了足够的下料口尺寸，保障足够的金属电极流量；另一方面，通过第二开口16之间的间隔来覆盖第一开口15，缩短电动推杆9的长度，较短的电动推杆长度既能减小金属燃料电池的整体尺寸，也能降低生产成本。

图3为金属燃料电池结构的俯视图，如图3所示，电池壳1的顶部设有进料口3，进料口3用于向储料室4内加入金属电极，进料口3上方设有盖板17，盖板17与电池壳1滑动连接。具体的，进料口3的两侧设有滑槽18，盖板17的两侧边分别嵌入滑槽18内，沿滑槽18滑动；盖板17的顶面上还设有把手19，便于人工操作。盖板17用于覆盖进料口3，保证储料室4和金属电极的干净，避免进入杂质。

反应室5周围均匀分布多个散热片，散热片固定在电池壳1的外壁上，散热片将化学反应产生的热量及时散去，延长金属燃料电池的寿命。

金属电极原料呈粉状、颗粒状或块状，保证金属电极的尺寸小于第一开口15的尺寸，便于金属电极在重力的作用下顺利从上部的储料室4通过第一开口15落入下部的反应室5内，参与化学反应，进行发电。

储料室4呈方体，反应室5呈漏斗形，具体的，如图1所示，反应室5的上部呈倒立体梯形，下部呈方体，反应室5上部倒立体梯形的结构用于聚集经下料口7下落的金属电极，使金属电极准确落入下部的方体内，方体内贮存有电解液，方体相对的两侧外壁上均固定有空气电极，金属电极、空气电极均与电解液接触，发生化学反应。

优选地，铜网12呈顶部开口的方体，可以为正方体或者长方体，增大与电解液的接触面积，便于更好地传电。铜网也可以替换为不锈钢网，或者其它不与电解液(氢氧化钾或氢氧化钠溶液)发生反应的材质。

采用本实用新型提供的电池结构的金属燃料电池工作过程如下：

金属燃料电池第一次工作时，在反应室5里加入一定量的金属颗粒作为金属电极，金属颗粒的顶部位于第一红外传感器10监测位置的上方，之后从电池壳1上的电解液口21向反应室5内注入电解液，电解液的最高液面位于第一红外传感器10的下方。储料室4内预存放一定量的金属颗粒，然后用盖板17盖住进料口3，保证储料室4的整洁和干净。此时下料口7为关闭状态，反应室5的方体内装有金属颗粒和电解液，金属颗粒与铜网12接触，通过电池壳1上的通孔11，金属颗粒、电解液和空气电极2共同组成一个电池单体，铜网12上的导线13经导线引出口20引出到电池壳1的外部，并且与集流排14相连接，用于形成大电压。随着每个电池单体内反应的进行，第一红外传感器10探测到反应室5内的金属颗粒高度低于第一预设高度时，控制器控制电动推杆9伸出，下料挡板8上的第二开口16与隔板6上的第一开口15对应重合，储料室4内的空间与反应室5之间的空间连通，储存室5内的金属颗粒掉落到其下方对应的反应室5内，反应室5上部的倒置立体梯形有利于金属颗粒准确落入最下方的方体内，当金属颗粒的高度超过第二预设高度后，控制器控制电动推杆9反向运动，将下料口7关闭。每个电动推杆9均被控制器控制，完成多个反应过程的控制，形成大电压。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“本实施例”、“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型实质内容上所作的任何修改、等同替换和简单改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种金属燃料电池结构，包括电池壳(1)，其特征在于：所述电池壳(1)内部设有储料室(4)和反应室(5)，所述储料室(4)位于所述反应室(5)的上方，所述储料室(4)和反应室(5)之间设有隔板(6)，所述隔板(6)上设有连通所述储料室(4)和反应室(5)的下料口(7)，所述下料口(7)的上方设有下料挡板(8)，所述电池壳(1)上固定有电动推杆(9)，所述电动推杆(9)的末端与所述下料挡板(8)连接。

2.根据权利要求1所述的金属燃料电池结构，其特征在于：所述储料室(4)内存放有金属电极原料，所述反应室(5)内贮存有电解液，所述电池壳(1)的外壁周向固定有多个空气电极(2)，所述空气电极(2)通过电池壳(1)上的通孔(11)与所述反应室(5)内的电解液接触。

3.根据权利要求2所述的金属燃料电池结构，其特征在于：所述金属燃料电池结构还包括控制器和第一红外传感器(10)，所述第一红外传感器(10)设置在所述电解液液面的上方，所述控制器分别与所述电动推杆(9)、所述第一红外传感器(10)通信连接。

4.根据权利要求1、2或3中任一权利要求所述的金属燃料电池结构，其特征在于：所述隔板(6)上设有多个所述下料口(7)，所述反应室(5)的数量与下料口(7)的数量相同，每个所述下料口(7)下方对应一个所述反应室(5)。

5.根据权利要求4所述的金属燃料电池结构，其特征在于：每个所述反应室(5)内设有铜网(12)，所述铜网(12)连接有导线(13)，所述导线(13)的另一端与所述电池壳外的集流排(14)连接。

6.根据权利要求1、2或3中任一权利要求所述的金属燃料电池结构，其特征在于：所述下料口(7)包括多个间隔的第一开口(15)，所述下料挡板(8)上设有多个与所述第一开口(15)对应的第二开口(16)，两个相邻的所述第二开口(16)之间的间距大于所述第一开口(15)的宽度。

7.根据权利要求1所述的金属燃料电池结构，其特征在于：所述电池壳(1)的顶部设有进料口(3)，所述进料口(3)上方设有盖板(17)，所述盖板(17)与所述电池壳(1)滑动连接。

8.根据权利要求3所述的金属燃料电池结构，其特征在于：所述金属燃料电池结构还包括第二红外传感器(10’)，所述第二红外传感器(10’)设置于所述下料口(7)的上方，所述第二红外传感器(10’)与所述控制器通信连接。

9.根据权利要求2所述的金属燃料电池结构，其特征在于：所述金属电极原料呈粉状、颗粒状或块状。

10.根据权利要求1所述的金属燃料电池结构，其特征在于：所述反应室(5)呈漏斗形。

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