CN211629196U - 金属燃料电池 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种金属燃料电池，包括壳体和多个电池单体，壳体上设有多个用于固定电池单体的凹槽，相邻凹槽间保持间隔，壳体的相邻凹槽之间的间隔上开设有通气孔，电池单体嵌入凹槽内，多个电池单体并列的固定在壳体内，多个电池单体通过导电连接件串联；电池单体包括单体壳、单体盖、阴极膜、电解液和金属阳极板，单体壳的两侧均固定有阴极膜，单体壳和阴极膜形成电解液腔，单体壳与单体盖可拆卸密封连接，金属阳极板固定在单体盖上，金属阳极板插入电解液腔内的电解液中，单体盖上开设有与电解液腔连通的进液口，进液口上覆有防水透气片。本实用新型的金属燃料电池牢固可靠、便于排氢、综合性能良好。

Description

金属燃料电池

技术领域

本实用新型涉及电池领域，更为具体来说，本实用新型涉及一种金属燃料电池。

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。金属燃料电池由多个电池单体串联而成，在电池单体中以镁、铝、锌等金属为负极、氧气为正极，碱液或盐类作为电解质，发生氧化还原进行发电。

以铝空气电池为例，目前常用的铝空气电池有两种：一种为循环电解液铝空气电池，其集成度高、放电功率大，常用作备用发电装置，为柴油发电机组的替代产品；另一种为不循环电解液铝空气电池，如专利申请CN107579187A和专利申请CN110137632A公开的铝空气电池，均具有较大的能量密度，常用作大容量便携式电源。在大容量便携式电源应用方面，铝空气电池由于需要有空气参与反应，所以其结构上需要做特殊设计：首先要保证空气的进入，其次要保证电解液的用量。

专利申请CN110137632A中，使用了双极式的电极，减小了电池的体积，但由于其腔体内阴极膜与空气的接触面积有限，同时电解液与正负极的接触面有限且不固定，很难达到期望的放电效果和放电稳定性。

而且，在现有的不循环电解液铝空气电池中，多个电池单体之间往往靠胶粘或拉筋固定，胶粘式的固定方式不牢固，而拉筋式的固定方式不便于更换。

另一方面，如果电池单体密封性好，则会造成电池反应析出的氢气难以释放，存在安全隐患；如果电池单体密封性不好，会造成漏液的风险；这些问题限制了便携式金属燃料电池的应用与发展。

鉴于前述金属燃料电池阴极膜与空气的接触面积有限、电解液与正负极的接触面有限且不固定、多个电池单体之间固定不牢固、电池单体密封性导致的安全隐患等问题，需要一种提高放电效果、放电稳定性以及安全性的金属燃料电池。

实用新型内容

为解决现有金属燃料电池的阴极膜与空气的接触面积有限、电解液与正负极的接触面有限且不固定、多个电池单体之间固定不牢固、电池单体的密封性导致的安全隐患等问题，本实用新型创新地提供了一种金属燃料电池，该金属燃料电池牢固可靠、便于排氢、综合性能良好。

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，包括：壳体和多个电池单体，所述壳体上设有多个用于固定所述电池单体的凹槽，相邻凹槽间保持间隔，所述壳体的相邻凹槽之间的间隔上开设有通气孔，所述电池单体嵌入所述凹槽内，多个所述电池单体并列的固定在所述壳体内，多个电池单体通过导电连接件串联；

所述电池单体包括单体壳、单体盖、阴极膜、电解液和金属阳极板，所述单体壳的两侧均固定有所述阴极膜，所述单体壳和所述阴极膜形成电解液腔，所述单体壳与所述单体盖可拆卸密封连接，所述金属阳极板固定在所述单体盖上，所述金属阳极板插入所述电解液腔内的电解液中，所述单体盖上开设有与所述电解液腔连通的进液口，所述进液口上覆有防水透气片。

进一步地，所述阴极膜连接有导电极耳，所述单体盖的顶部固定有阳极导电体和阴极导电体，所述阳极导电体与所述金属阳极板固定连接，所述阴极导电体与所述电解液腔两侧的导电极耳连接。

进一步地，所述阴极导电体通过导电弹片与所述电解液腔两侧的导电极耳连接，所述导电弹片呈U型，所述导电弹片包括水平片和两个竖直片，所述导电弹片的水平片固定在所述阴极导电体和单体盖之间，所述导电弹片的两个竖直片分别与所述电解液腔两侧的导电极耳接触。

进一步地，多个所述电池单体的阳极导电体和阴极导电体交错排列，所述导电连接件呈U型，所述导电连接件的第一端与阳极导电体相连，所述导电连接件的第二端与同排相邻的阴极导电体相连。

进一步地，所述导电连接件分别与所述阳极导电体和所述阴极导电体卡接。

进一步地，所述阳极导电体与所述金属阳极板一体成型。

进一步地，所述进液口上盖设有旋盖，所述旋盖上开设有与所述进液口连通的通孔，所述防水透气片固定在所述旋盖内部，所述防水透气片处于所述进液口和所述通孔之间。

进一步地，所述防水透气片为聚四氟乙烯薄片。

进一步地，所述壳体上可拆卸连接有盖板，所述盖板上设有阳极引出点和阴极引出点，多个电池单体串联后形成的负极与所述阳极引出点电连接，多个电池单体串联后形成的正极与所述阴极引出点电连接。

进一步地，所述阴极膜包括由内向外依次设置的催化层、集流体和防水透气层，所述催化层与电解液接触，所述集流体与所述导电极耳相连。

本实用新型的有益效果为：

(1)本实用新型提供的金属燃料电池的电池单体间保持间隔，壳体上的通气孔能保证足量的空气进入电池单体间的间隔中，进入的空气与阴极膜接触，参与化学反应，电池单体的两侧均设有阴极膜，增大与空气的接触面积。

(2)本实用新型提供的金属燃料电池的电池单体的两侧均设有阴极膜，增大电解液与阴极的接触面积；金属阳极板插入电解液内，增大电解液与阳极的接触面积；提高放电效果。阴极膜与单体壳围成电解液腔、金属阳极板固定在单体盖上，固定方式稳固，提高放电稳定性。

(3)本实用新型提供的金属燃料电池的电池单体之间通过导电连接件连接，导电连接件分别与阳极导电体和阴极导电体连接，连接方式牢固且便于更换。

(4)本实用新型提供的金属燃料电池的进液口上覆有防水透气片，便于反应析出的氢气释放同时避免电解液腔内的电解液漏出，解决了电池单体密封性的设计难题。

附图说明

图1为金属燃料电池的结构示意图。

图2为壳体的结构示意图。

图3为电池单体的结构示意图。

图4为进液口、旋盖和防水透气片连接关系的纵向剖视图。

图5为壳体与盖体的连接关系示意图。

图中，

1、壳体；2、电池单体；3、凹槽；4、通气孔；5、导电连接件；6、单体壳；7、单体盖；8、阴极膜；9、金属阳极板；10、进液口；11、防水透气片；12、导电极耳；13、阳极导电体；14、阴极导电体；15、导电弹片；16、旋盖；17、通孔；18、盖板；19、阳极引出点；20、阴极引出点。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本实用新型提供的金属燃料电池进行详细的解释和说明。

如图1和2所示，本实施例具体公开了一种金属燃料电池，包括：壳体1和多个电池单体2，壳体1上设有多个用于固定电池单体2的凹槽3，优选地，可以在壳体1的其中一个侧壁上设置凹槽；也可以在壳体1的相对的两个侧壁上均设有凹槽，相对的两个凹槽3为一组固定一个电池单体2，在安装时，电池单体2直接插入壳体1内、卡接在凹槽3内即可。处于同一侧壁上的相邻凹槽3间保持间隔，壳体1的相邻凹槽3之间的间隔上开设有通气孔4，电池单体2嵌入凹槽3内，使多个电池单体2并列的固定在壳体1内，相邻的电池单体2间保持间隙，从通气孔4进入的空气进入电池单体间的间隙中，通气孔4能保证足量的空气进入电池单体间的间隙中，电池单体2的两侧均能与空气接触，增大与空气的接触面积，多个电池单体2通过导电连接件5串联。

如图3所示，电池单体2包括单体壳6、单体盖7、阴极膜8、电解液和金属阳极板9，单体壳6的两侧均固定有阴极膜8，两个阴极膜8均能与空气接触，空气在阴极膜上参与电池的化学反应；单体壳6和阴极膜8形成电解液腔，单体壳6与单体盖7可拆卸密封连接，金属阳极板9固定在单体盖7上，金属阳极板9插入电解液腔内的电解液中，增大电解液与阳极的接触面积，单体盖7上开设有与电解液腔连通的进液口10，进液口10的数量为一个或多个，进液口10用于向电解液腔内加入电解液，进液口10上覆有防水透气片11，防水透气片11用于将反应析出的氢气排出，同时避免电解液腔内的电解液漏出，解决了电池单体密封性的设计难题。

阴极膜8连接有导电极耳12，单体盖7的顶部固定有阳极导电体13和阴极导电体14，阳极导电体13与金属阳极板9固定连接，阴极导电体14与电解液腔两侧的导电极耳12连接，即阳极导电体13与金属阳极板9电性连接，阴极导电体14与导电极耳12电性连接。

优选地，阳极导电体13与金属阳极板9一体成型，使金属阳极板9固定稳固，提高电池的放电稳定性。在本实施例中，金属阳极板为镁阳极板、铝阳极板或锌阳极板。

阴极导电体14通过导电弹片15与电解液腔两侧的导电极耳12连接，导电弹片15呈U型，导电弹片15包括水平片和两个竖直片，导电弹片15的水平片固定在阴极导电体14和单体盖7之间，导电弹片15的两个竖直片分别与电解液腔两侧的导电极耳12接触，因此使得阴极导电体14与阴极膜8电性连通。

阴极膜8包括由内向外依次设置的催化层、集流体和防水透气层；防水透气层与空气接触，能够保证空气顺利进入，同时防止电解液外漏；催化层与电解液接触，提供三相界面同时催化阴极反应；集流体位于防水透气层与催化层之间，用于导出阴极反应产生的电荷，集流体与导电极耳12相连，保证电荷顺利导出。

如图1所示，多个电池单体2的阳极导电体13和阴极导电体14交错排列，即电池单体2在嵌入壳体时，电池单体与电池单体之间一正一反安装，避免导电弹片15相互触碰。导电连接件5呈U型，导电连接件5的第一端与阳极导电体13相连，导电连接件5的第二端与同排相邻的阴极导电体14相连，减少导电连接件5的长度，且便于安装。优选地，导电连接件5分别与阳极导电体13和阴极导电体14卡接，如阳极导电体13和阴极导电体14为筒状，导电连接件5的竖直段为柱状，导电连接件5的第一端插入阳极导电体13内，阴极导电体14的第二端插入阴极导电体14内，固定牢固且便于拆卸更换。阳极导电体、阴极导电体和导电连接件也可以设计为其他的卡接结构。

如图4所示，进液口10上盖设有旋盖16，旋盖16上开设有与进液口10连通的通孔17，防水透气片11固定在旋盖16内部，旋盖16将防水透气11固定在进液口10上，防水透气片11处于进液口10和通孔17之间，将反应析出的氢气排出的同时避免电解液腔内的电解液漏出，解决了电池密封性的设计难题。

进一步地，防水透气片11为聚四氟乙烯薄片。

如图5所示，壳体1上可拆卸连接有盖板18，盖板18上设有阳极引出点19和阴极引出点20，多个电池单体2串联后形成的负极与阳极引出点19电连接，多个电池单体2串联后形成的正极与阴极引出点20电连接，即多个电池单体中串联后最端部的未连接导电连接件5的阳极导电体13为负极，多个电池单体中串联后最端部的未连接导电连接件5的阴极导电体14为正极，未连接导电连接件5的阳极导电体13与阳极引出点19卡接，未连接导电连接件5的阴极导电体14与阴极引出点20卡接，从而将产生的电荷引出，且固定方式牢固、便于拆卸。

优选地，阳极导电体13和阴极导电体14为筒状，可以采用阳极引出点直接套设在阳极导电体13外部、阴极引出点直接套设在阴极导电体14外部的方式，也可以采用阳极引出点插入阳极导电体13内部、阴极引出点插入阴极导电体14内部的方式，直接一步卡接到位，便于拆卸和安装。

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至少一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，其特征在于，包括：壳体(1)和多个电池单体(2)，所述壳体(1)上设有多个用于固定所述电池单体(2)的凹槽(3)，相邻凹槽(3)间保持间隔，所述壳体(1)的相邻凹槽(3)之间的间隔上开设有通气孔(4)，所述电池单体(2)嵌入所述凹槽(3)内，多个所述电池单体(2)并列的固定在所述壳体(1)内，多个电池单体(2)通过导电连接件(5)串联；

所述电池单体(2)包括单体壳(6)、单体盖(7)、阴极膜(8)、电解液和金属阳极板(9)，所述单体壳(6)的两侧均固定有所述阴极膜(8)，所述单体壳(6)和所述阴极膜(8)形成电解液腔，所述单体壳(6)与所述单体盖(7)可拆卸密封连接，所述金属阳极板(9)固定在所述单体盖(7)上，所述金属阳极板(9)插入所述电解液腔内的电解液中，所述单体盖(7)上开设有与所述电解液腔连通的进液口(10)，所述进液口(10)上覆有防水透气片(11)。

2.根据权利要求1所述的金属燃料电池，其特征在于，所述阴极膜(8)连接有导电极耳(12)，所述单体盖(7)的顶部固定有阳极导电体(13)和阴极导电体(14)，所述阳极导电体(13)与所述金属阳极板(9)固定连接，所述阴极导电体(14)与所述电解液腔两侧的导电极耳(12)连接。

3.根据权利要求2所述的金属燃料电池，其特征在于，所述阴极导电体(14)通过导电弹片(15)与所述电解液腔两侧的导电极耳(12)连接，所述导电弹片(15)呈U型，所述导电弹片(15)包括水平片和两个竖直片，所述导电弹片(15)的水平片固定在所述阴极导电体(14)和单体盖(7)之间，所述导电弹片(15)的两个竖直片分别与所述电解液腔两侧的导电极耳(12)接触。

4.根据权利要求2所述的金属燃料电池，其特征在于，多个所述电池单体(2)的阳极导电体(13)和阴极导电体(14)交错排列，所述导电连接件(5)呈U型，所述导电连接件(5)的第一端与阳极导电体(13)相连，所述导电连接件(5)的第二端与同排相邻的阴极导电体(14)相连。

5.根据权利要求4所述的金属燃料电池，其特征在于，所述导电连接件(5)分别与所述阳极导电体(13)和所述阴极导电体(14)卡接。

6.根据权利要求2所述的金属燃料电池，其特征在于，所述阳极导电体(13)与所述金属阳极板(9)一体成型。

7.根据权利要求1所述的金属燃料电池，其特征在于，所述进液口(10)上盖设有旋盖(16)，所述旋盖(16)上开设有与所述进液口(10)连通的通孔(17)，所述防水透气片(11)固定在所述旋盖(16)内部，所述防水透气片(11)处于所述进液口(10)和所述通孔(17)之间。

8.根据权利要求1或7所述的金属燃料电池，其特征在于，所述防水透气片(11)为聚四氟乙烯薄片。

9.根据权利要求1所述的金属燃料电池，其特征在于，所述壳体(1)上可拆卸连接有盖板(18)，所述盖板(18)上设有阳极引出点(19)和阴极引出点(20)，多个电池单体(2)串联后形成的负极与所述阳极引出点(19)电连接，多个电池单体(2)串联后形成的正极与所述阴极引出点(20)电连接。

10.根据权利要求2所述的金属燃料电池，其特征在于，所述阴极膜(8)包括由内向外依次设置的催化层、集流体和防水透气层，所述催化层与电解液接触，所述集流体与所述导电极耳(12)相连。

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