CN210692679U - 一种容器式铝电极 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种容器式铝电极，包括容器、压板和第一弹簧，容器的顶部设有用于盖住顶口的顶盖，顶盖通过第一合页安装于容器的顶壁或侧壁上，压板通过第二合页安装于容器内的侧壁上，压板与顶盖通过第一弹簧连接，压板的边缘与容器的内壁之间留有间隙，压板将容器的内部分为上、下两个空间，位于压板下部的空间填充有铝粒，顶盖上开设有氢气排气管，容器的底壁上开设有排污管。本实用新型采用装载于容器内的铝粒集合作为电极，当电极材料过多消耗需要补充时，只需向容器内添加铝粒即可，电极材料的补充和电极维护简单方便，补充铝粒时，只需开启顶盖，第一弹簧即可带动压板同时向上开启，压板下部空间内的铝粒补充的操作过程方便快捷。

Description

一种容器式铝电极

技术领域

本实用新型涉及一种铝空气电池的铝电极，具体涉及一种容器式铝电极。

背景技术

铝空气电池具有高比能、长寿命、安全可靠、环境友好等一系列优点，传统的铝空气电池的铝电极通常制成板状，长时间使用后，板状的铝电极由于化学反应或被腐蚀，电极材料逐渐消耗、电极逐渐变小，当其不足以维持正常工作时，更换或维护步骤繁琐且不方便。

实用新型内容

为克服现有技术的上述缺陷，本实用新型提供了一种容器式铝电极，以方便铝空气电池中铝电极的维护。

本实用新型实现上述目的的技术方案是：一种容器式铝电极，包括容器、压板和第一弹簧，所述容器的顶部设有用于盖住顶口的顶盖，所述顶盖通过第一合页安装于所述容器的顶壁或侧壁上，所述压板通过第二合页安装于所述容器内的侧壁上，所述顶盖和所述压板安装在所述容器的同一侧，所述压板与所述顶盖通过所述第一弹簧连接，所述压板的边缘与所述容器的内壁之间留有间隙，所述压板位于所述容器内，将所述容器的内部分为上、下两个空间，位于所述压板下部的空间内有铝粒，所述顶盖上和/或容器侧壁的上部设有氢气排气管，所述容器的底壁上设有排污管。

进一步的，所述铝粒的直径大于所述压板的边缘与所述容器的内壁之间的间隙的宽度。

进一步的，所述容器式铝电极还包括第二弹簧，所述压板与所述容器的底壁通过所述第二弹簧连接。

更进一步的，所述第一弹簧与所述第二弹簧的弹性系数比为1：3-1：5。

所述第一弹簧的数量可以为若干个，若干个所述第一弹簧均匀分布于所述顶盖与所述压板之间的空间内，所述第二弹簧的数量可以为若干个，若干个所述第二弹簧均匀分布于所述压板与所述容器底壁之间的空间内。

所述排污管可以安装有开关阀。

进一步的，所述第二合页直接安装在所述容器的侧壁上，或者所述容器内设有轨道，所述轨道竖直安装在所述容器内的侧壁上，所述第二合页的容器连接侧（用于连接容器的一侧）与所述轨道滑动配合安装，或者所述轨道内滑动配合安装有滑块，所述第二合页的容器连接侧固定在所述滑块上。

所述轨道的长度和位置根据合页所需的移动轨迹确定。例如，所述轨道的底端位于所述容器内的底部，所述轨道的顶端位于所述容器内的中部或中上部，由此使压板的活动范围适应于铝粒高度的变化范围，以保证压板能够始终压在铝粒上。

优选的，所述容器式铝电极还包括顶盖电动启闭机构，所述顶盖电动启闭机构包括电机和传动装置，所述传动装置的动力输入端连接所述电机的输出端，所述传动装置的动力输出端连接所述顶盖，用于带动顶盖旋转。

所述传动装置的动力输出端其与顶盖的具体连接方式可以依据通过依据第一合页的形式或构造等具体情况确定，例如，通过连接件或者直接连接所述顶盖的转轴侧，或连接所述第一合页的顶盖连接侧，或连接所述第一合页上与顶盖固定连接的转轴，其旋转轴线与所述顶盖的旋转轴线（第一合页的旋转轴线）重合（位于同一条直线上）。

进一步的，所述容器设有用于检测铝粒高度是否低于下限高度的铝粒下限传感器，还设有或者不设有用于检测铝粒高度是否高于上限高度的铝粒上限传感器。

所述铝粒下限传感器和上限传感器（如果有的话）可以为使用者提供相应的检测或传感信息，以便使用者了解相关情况，适时进行添加铝粒和/或排出反应后污泥的操作。所述铝粒下限传感器和上限传感器也可以为添加铝粒等的自动化控制提供相关信息，以便使用时通过自动控制装置进行相应的自动控制。在此情形下，所述铝粒下限传感器和上限传感器（如果有的话）的输出可以接入相关电控装置，将所述电控装置的相应控制信号接入所述电机的控制端对电机进行自动控制。

所述铝粒下限传感器和上限传感器（如果有的话）的输出也可以接入显示器进行相关数据显示，以便使用者查看。

所述铝粒下限传感器和上限传感器（如果有的话）的输出还可以接入有相应的铝粒下限报警装置和铝粒下限报警装置，作为这些报警装置的输入信号。

根据具体选用的传感器种类或功能，所述铝粒下限传感器和所述铝粒上限传感器优选共用相同的传感器，例如，安装在容器内侧壁顶部的检测用光束垂直向下发射的激光测距仪，可以实时检测至铝粒之间的距离，由此根据这种激光测距仪的检测数据就能够判断出铝粒高度是否低于下限高度和是否高于上限高度，或者，安装在容器底部的压力传感器，在电解液水位高度不发生很大变化的情况下，其所受压力基本上与铝粒高度直线正相关，由此根据这种压力传感器的检测数据就能够判断出铝粒高度是否低于下限高度和是否高于上限高度。所述铝粒下限传感器和所述铝粒上限传感器也可以各自独立设置，例如，位于相应高度下的光束水平发射的激光或红外线传感器，以检测在该高度下是否有铝粒，由此根据所述铝粒下限传感器和所述铝粒上限传感器的检测信号就能够分别判断出铝粒高度是否低于下限高度和是否高于上限高度。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型采用装载于容器内的铝粒集合作为电极，当电极材料过多消耗需要补充时，只需向容器内添加铝粒即可，相比于传统的铝电极，电极材料的补充和电极维护简单方便。

2、本实用新型通过第二弹簧向下拉动压板，可将填充于容器内压板下部的空间内的铝粒集合压实，有助于铝粒集合与电解液的充分反应。

3、当需要向容器内压板下部的空间补充铝粒时，只需开启顶盖，第一弹簧即可带动压板同时向上开启，可方便快捷地向容器内压板下部的空间添加铝粒。

4、本实用新型的顶盖电动启闭机构的设置，可实现顶盖和压板机械化启闭，可以通过人工开关操实现自动开启或关闭，也可以借助于自动控制装置进行自动控制。

5、本实用新型的涉及铝粒感度的传感器设置，使使用者无需开启顶盖就能够获得相关信息，以便适时添加铝粒并掌握好添加量，这些信息也可以用于进行铝粒添加的自动控制，将传感器的输出接入自动控制装置作为控制控制装置进行相应控制的依据。

6、本实用新型的轨道的设置，使所述压板可在所述容器内上下滑动，适应所述容器内所述铝粒的不同添加量且有利于在所述第二弹簧的拉力作用下进一步对铝粒集合进行压实，并在铝粒消耗过程中，始终压在铝粒的上面。

7、本实用新型通过氢气排气管和管道将电化学反应产生的氢气引入氢气回收装置或氢气利用装置，可实现氢气的回收及再利用。例如，当将氢气引入氢燃料电池作为原料时，可在铝空气电池的基础上提高约25%的供电量。

附图说明

图1是本实用新型的工作状态时的结构透视示意图；

图2是本实用新型的顶盖和压板开启状态时的结构透视示意图。

具体实施方式

参见图1和图2，本实用新型公开了一种容器式铝电极，包括容器1、压板3和第一弹簧4，所述容器的顶部设有顶盖2，所述顶盖用于盖住所述容器的顶口，所述容器的顶部局部开口或者所述容器的顶部敞口构成所述顶口，优选所述容器的顶部敞口，所述顶盖通过第一合页安装于所述容器的顶壁或侧壁上，所述第一合页的数量可以为若干个，优选为两个，均匀分布安装在所述顶盖上。所述压板通过第二合页安装于所述容器内的侧壁上，所述压板通常安装在所述容器内的中部，所述第二合页的数量可以为若干个，优选为两个，均匀分布安装在所述压板上，所述顶盖和所述压板安装在所述容器的同一侧。所述压板与所述顶盖通过所述第一弹簧连接，所述第一弹簧的顶端固定连接所述顶盖的底面，所述第一弹簧的底端固定连接所述压板的顶面，所述第一弹簧的数量通常为若干个（如两个），均匀分布于所述顶盖与所述压板之间的空间。所述压板位于所述容器内，所述压板将所述容器的内部分为上、下两个空间，位于所述压板下部的空间填充有铝粒5，所述容器内容纳有电解液，所述容器的容器壁可供电解液或电解液离子穿过，如所述容器壁上密布有通孔（通孔的孔径小于所述铝粒的直径），或者所述容器采用能够透过电解液离子的材料制成（所述容器的材料可以采用现有技术下适宜电解液离子透过的材料），以便于电解液离子在整个电池内转移，形成电流。所述压板的边缘与所述容器的内壁之间留有间隙，便于所述压板的启闭，同时也便于所述容器内所述压板上部的空间内的所述电解液可以快速流入所述压板下部的空间，对所述压板下部空间的与所述铝粒发生化学反应的所述电解液进行补充，所述顶盖上开设有氢气排气管6，用于所述容器内电化学反应产生的氢气的排出，所述氢气排气管可以通过管道连接氢气回收装置或氢气利用装置的进气口。所述容器的底壁上开设有排污管9，用于电化学反应后所述容器内的残渣排出，所述排污管可以安装有开关阀。

所述铝粒的直径优选大于所述间隙的宽度，避免所述铝粒从所述间隙处进入所述容器内所述压板上部的空间。

所述容器式铝电极还可以包括第二弹簧7，所述压板与所述容器的底壁通过所述第二弹簧连接，所述第二弹簧的顶端固定连接所述压板的底面，所述第二弹簧的底端固定连接所述容器底壁的顶面，所述第二弹簧的数量通常为若干个（如两个），均匀分布于所述压板与所述容器底壁之间的空间。

所述第一弹簧与所述第二弹簧的弹性系数比优选为1：3-1：5，有利于促使所述压板对位于其下部空间内的铝粒集合压实。

所述第二合页可以直接安装在所述容器的侧壁上，或者所述容器内设有轨道8，所述轨道竖直安装在所述容器内的侧壁上，所述轨道的底端位于所述容器内的底部，所述轨道的顶端位于所述容器内的中部或中上部，所述轨道的数量与所述第二合页的数量相同，均匀分布安装在所述容器内的侧壁上，所述轨道在所述容器内的侧壁上的安装位置与所述第二合页在所述压板上的安装位置一一对应，所述第二合页的一片页板与所述压板连接，另一片页板滑动配合安装在与该合页对应的所述轨道内，或者所述轨道内滑动配合安装有滑块，所述第二合页的一片页板与所述压板连接，另一片页板固定连接在与该合页对应的所述轨道内的所述滑块上，以使所述压板可在所述容器内上下滑动，适应所述容器内所述铝粒的不同添加量且有利于在所述第二弹簧的拉力作用下进一步对铝粒集合进行压实。

所述容器、顶盖、压板、第一弹簧、第二弹簧、第一合页、第二合页、轨道和滑块均优选采用镍或镀镍的金属材料制成，可有效避免与所述铝粒和/或所述电解液发生化学反应，造成损坏。

所述容器式铝电极还可以包括顶盖电动启闭机构，所述顶盖电动启闭机构包括电机和传动装置，所述传动装置的动力输入端连接所述电机的输出端，所述传动装置的动力输出端连接所述顶盖，所述传动装置可以采用现有技术下适宜的传动机构，如齿轮连杆机构或曲柄摇杆机构等。手动或电动启动电机即可通过所述传动装置控制所述顶盖启闭。

所述容器还可以设有用于检测铝粒堆积高度是否低于下限高度的铝粒下限传感器，还设有或者不设有用于检测铝粒高度是否高于上限高度的铝粒上限传感器，优选设有铝粒上限传感器，所述传感器可以采用现有技术下适宜的传感器，如压力传感器、红外线传感器、激光测距仪或相配合的激光发射器与接收器等。所述铝粒下限传感器的输出接入电控装置，所述铝粒上限传感器的输出接入电控装置，所述电控装置设有或者不设有铝粒高度检测数据显示器，优选设有铝粒高度检测数据显示器，以便于可以直观观察所述容器内铝粒的实时堆积高度，判断是否需要向所述容器内添加铝粒。所述电控装置设有或者不设有铝粒下限报警装置，优选设有铝粒下限报警装置，以便于当铝粒的堆积高度达到或低于下限时报警，提示向所述容器内添加铝粒，保证电池的正常工作。所述电控装置的相应控制信号接入所述电机的控制端，用于控制所述电机的启动及正反转，当所述铝粒下限传感器检测到所述容器内铝粒的堆积高度达到或低于下限高度时，所述电控装置控制所述电机启动并正转，通过所述传动装置向上开启所述顶盖，所述顶盖通过所述第一弹簧带动所述压板同时开启，当所述铝粒上限传感器检测到所述容器内铝粒的堆积高度达到或高于上限高度时，所述电控装置控制所述电机启动并反转，通过所述传动装置向下关闭所述顶盖，所述压板在所述第二弹簧的拉力及第一弹簧的推力作用下同时关闭。设置所述电控装置后，所述铝粒下限传感器和所述铝粒上限传感器采集的铝粒堆积高度信息能够被所述电控装置利用，所述电控装置利用现有技术，根据接收到的铝粒堆积高度信息，生成数据显示指令、报警指令和对所述顶盖电动启闭机构的电机的控制指令，控制所述数据显示器显示铝粒堆积高度、控制所述铝粒下限报警装置适时报警以及控制所述顶盖电动启闭机构带动所述顶盖自动开启和关闭。通过所述顶盖电动启闭机构和电控装置可以实现所述顶盖和所述压板启闭的自动控制，进而可以实现铝粒的自动添加补充，实现铝空气电池的自维持，提高铝空气电池的持续使用时间和耐用性。

所述电解液通常为氯化钠溶液，所述电解液中优选添加2-3%的柠檬酸，可有效促使所述电解液与所述铝粒充分反应，并可改善电压滞后现象。

所述铝粒以铝为主要原料，其原料中还包括稀土氧化物和铟氧化物，所述稀土氧化物为镧系元素的氧化物，所述镧系元素的氧化物为镧氧化物、铈氧化物和镨氧化物中的任意一种或任意多种的任意比例组合。

所述镧氧化物、铈氧化物和镨氧化物可以采用任意适于加入铝中或制备铝合金的镧氧化物、铈氧化物和镨氧化物，还可以选择具有相同或相仿作用的其他稀土氧化物。

例如，所述镧氧化物可以采用La₂O₃；所述铈氧化物可以采用Ce₂O₃和/或CeO₂；所述镨氧化物可以采用PrO₂、Pr₂O₃和Pr₆O₁₁中的任意一种或多种。当采用多种稀土氧化物时，各种稀土氧化物之间的用量比例可以任意，可以根据原料的可得性、品质及工艺等多方面因素确定对稀土氧化物的选择。稀土氧化物的加入有利于促进电池整体的氧化还原反应，并可提高电极的电化学性能。

所述铟氧化物可以采用任意适于加入铝中或制备铝合金的铟氧化物。例如，所述铟氧化物可以采用In₂O₃。铟氧化物的添加能够在氧化反应中使铝极板上均匀布有网状的氧化结构，通过这种结构以其他技术手段，可有效提高铝电极在反应中的氧化平稳性。

所述稀土氧化物在原料中的质量百分比优选为0.015%-0.03%（包括端值），例如，0.015%、0.02%或0.03%。

所述铟氧化物在原料中的质量百分比优选为0.01%-0.025%（包括端值）。例如，0.01%、0.015%或0.025%。

所述铝在原料中的质量百分比一般可不低于99.95%。

像任何材料一样，这种铝粒材料中也可能存在或允许存在其他成分（指铝、稀土氧化物和铟氧化物之外的成分），这些其他成分可以来源于原料中所含的杂质，也允许基于工艺或材料性能的需要，人为加入某些有益成分。

通常应将铝、稀土氧化物和铟氧化物之外的其他成分在原料中的含量控制在一个可以接受的水平，例如，在原料中的质量比不大于0.015%。根据实验，在该限定下，其他成分的存在对电池性能无值得关注的或明显的影响。

将以上述原料制备的铝粒及采用该铝粒的容器式铝电极应用于铝空气电池，并以加入柠檬酸的氯化钠溶液作为电解液，测得铝电极的电化学性能为α=7-9，腐蚀率为7.1×10^-3mm/a左右，脱氧能力＜1ppm，氧化平稳性相对于现有技术提高10-20%，电池（单元）的工作电流密度为50-60 mA/cm³，相比于传统的铝空气电池，工作电流密度可提高180%左右。

本实用新型的容器式铝电极在使用中，可以将多个铝电极串联后，经DC-DC转化电路转换成更高的电压，以满足用电设备的电压要求。进一步的，还可以将多个铝空气电池（使用容器式铝电极的电池）串联/并联后，形成适宜的电压和电流输出能力。

本实用新型在使用时的工作流程为：通过所述顶盖电动启闭机构开启所述顶盖，所述第一弹簧带动所述压板同时开启，向所述容器内所述压板下部的空间填充所述铝粒，当所述铝粒上限传感器检测到所述铝粒的堆积高度达到或高于上限高度时，通过电控装置控制所述顶盖电动启闭机构关闭所述顶盖，所述压板同时复位并在所述第二弹簧的作用下压实位于所述压板下部的铝粒，所述容器内发生电化学反应对外供电，随着化学反应的进行，所述铝粒逐渐消耗，当所述铝粒下限传感器检测到所述铝粒的堆积高度达到或低于下限高度时，通过电控装置控制所述顶盖电动启闭机构开启所述顶盖，所述第一弹簧带动所述压板同时开启，向所述容器内所述压板下部的空间补充所述铝粒，当所述铝粒上限传感器检测到所述铝粒的堆积高度达到或高于上限高度时，通过所述电控装置控制所述顶盖电动启闭机构关闭所述顶盖，所述压板同时复位并在所述第二弹簧的作用下压实位于所述压板下部的铝粒，所述容器内再度通过电化学反应向外供电，如此反复，实现铝空气电池的自维持，提高铝空气电池的持续使用时间和耐用性。

Claims (10)

1.一种容器式铝电极，其特征在于包括容器、压板和第一弹簧，所述容器的顶部设有用于盖住顶口的顶盖，所述顶盖通过第一合页安装于所述容器的顶壁或侧壁上，所述压板通过第二合页安装于所述容器内的侧壁上，所述顶盖和所述压板安装在所述容器的同一侧，所述压板与所述顶盖通过所述第一弹簧连接，所述压板的边缘与所述容器的内壁之间留有间隙，所述压板位于所述容器内，将所述容器的内部分为上、下两个空间，位于所述压板下部的空间内有铝粒，所述顶盖上和/或容器侧壁的上部设有氢气排气管，所述容器的底壁上设有排污管。

2.如权利要求1所述的容器式铝电极，其特征在于所述铝粒的直径大于所述压板的边缘与所述容器的内壁之间的间隙的宽度。

3.如权利要求2所述的容器式铝电极，其特征在于还包括第二弹簧，所述压板与所述容器的底壁通过所述第二弹簧连接。

4.如权利要求3所述的容器式铝电极，其特征在于所述第一弹簧与所述第二弹簧的弹性系数比为1：3-1：5。

5.如权利要求4所述的容器式铝电极，其特征在于所述第一弹簧的数量为若干个，若干个所述第一弹簧均匀分布于所述顶盖与所述压板之间的空间内，所述第二弹簧的数量为若干个，若干个所述第二弹簧均匀分布于所述压板与所述容器底壁之间的空间内。

6.如权利要求5所述的容器式铝电极，其特征在于所述排污管安装有开关阀。

7.如权利要求1所述的容器式铝电极，其特征在于所述第二合页直接安装在所述容器的侧壁上，或者所述容器内设有轨道，所述轨道竖直安装在所述容器内的侧壁上，所述第二合页的容器连接侧与所述轨道滑动配合安装，或者所述轨道内滑动配合安装有滑块，所述第二合页的容器连接侧固定在所述滑块。

8.如权利要求7所述的容器式铝电极，其特征在于所述轨道的底端位于所述容器内的底部，所述轨道的顶端位于所述容器内的中部或中上部。

9.如权利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的容器式铝电极，其特征在于还包括顶盖电动启闭机构，所述顶盖电动启闭机构包括电机和传动装置，所述传动装置的动力输入端连接所述电机的输出端，所述传动装置的动力输出端连接所述顶盖。

10.如权利要求9所述的容器式铝电极，其特征在于所述容器设有用于检测铝粒高度是否低于下限高度的铝粒下限传感器，还设有或者不设有用于检测铝粒高度是否高于上限高度的铝粒上限传感器。

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