CN213660504U - 金属燃料电池、电池组 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种静态可循环运行的金属燃料电池、电池组，该电池包括壳体、电解液存储腔、J型排液管、排气管、金属阳极板安装口、进液管、金属阳极板、阳极固定密封盖、排污口、上液位开关和下液位开关，电池内部溢流入液口位于上部，使电解液有效的淹没金属阳极板，J型排液管的上排液口最高点高于电池内部电解液水平面，电池在注满电解液后形成静态反应场所，电解液存储腔内设有两个液位开关，通过J型排液管进行间歇式排液和补液，电解液低于下液位开关时自动进行补液，还可以通过设定时间段进行排液和补液，本实用新型做到了金属燃料电池无串电、无压损，提高了电池的一致性，提高了金属阳极的转换效率。

Description

金属燃料电池、电池组

技术领域

本实用新型涉及金属液流燃料电池领域，具体的涉及一种静态可循环运行的金属燃料电池、电池组。

背景技术

煤炭石油等不再生能源紧缺，使人们不断开发新能源。从第一代铅酸电池到锂电池再到如今的金属空气燃料电池，电池电源系统的发展越米越受到人们的关注。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。

现有用的金属液流燃料电池，大多数是通过循环泵长时间运行循环电解液来满足运行条件，来实现电池的连续运作，这样会造成应电解液在电池组内通过液体分液管道相互连通，单体电池与单体电池之间形成电势差，造成短路现象，电池内部短路电流增加，电压压降增加，金属阳极腐蚀消耗速度增加，造成阳极比能量转换效率降低，金属阳极反应不均匀等现象，从而无法最大化的将铝空气电池电能转换效率提高。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

针对现有技术的上述不足，本实用新型的主要目的在于提供一种静态可循环运行的金属燃料电池、电池组，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。

(二)技术方案

为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提出了一种静态可循环运行的金属燃料电池，包括：

壳体1；

电解液存储腔2，设于壳体1内；

J型排液管3，设于壳体1的侧面，一端与壳体1底部的排污口10连通，另一端设有上排液口301，上排液口301的水平高度大于溢流入液口 601的水平高度；

排气管4，安装于壳体1的顶部，一端与壳体1连接，另一端设有上排气口401；

金属阳极板安装口5，设于壳体1的侧面；

进液管6，预埋在壳体1内，进液管6与壳体1为一整体，一端在壳体1内为溢流入液口601，另一端在壳体1外为溢流出液口602；

金属阳极板7，从金属阳极板安装口5安装；

阳极固定密封盖8，安装于金属阳极板安装口5上，与金属阳极板安装口5紧密配合；

排污口10，设于壳体1的底部；

下液位开关14，设于电解液存储腔2内；

上液位开关15，设于电解液存储腔2内。

优选地，壳体1的下部设计为漏斗型，排污口10开设在壳体1的尖端。

优选地，溢流入液口601的水平高度大于溢流出液口602的水平高度，溢流入液口601的水平高度大于下液位开关14的水平高度，溢流出液口 602的水平高度小于下液位开关14的水平高度。

优选地，金属阳极板7与阳极固定密封盖8连接，以使金属阳极板7 固定在阳极固定密封盖8上。

优选地，下液位开关14的水平高度与金属阳极板7刚好被电解液完全浸没时的电解液的水平高度相同；

上液位开关15的水平高度大于或等于溢流入液口601的水平高度；

上液位开关15的水平高度大于下液位开关14的水平高度。

本实用新型的另一个方面，还提出了一种静态可循环运行的金属燃料电池组，包括：

电池组包括多个上述的金属燃料电池，该金属燃料电池为单体电池，将多个单体电池按单体电池的厚度方向排列，将多个单体电池的排气管4 连通形成一个通路，接入总排气管12，将多个单体电池的上排液口301 连通形成一个通路，接入总排液管13，将多个单体电池的溢流出液口602 连通形成一个通路，接入总进液管11。

(三)有益效果

本实用新型有效提高了单体电池放电一致性，增加了电池放电容量，减少了电池组在放电过程中因单体电池之间因电解液连通而造成的电流电压损失及能量密度损失。

附图说明

图1为电池单体示意图。

图2为电池单体内部解剖示意图。

图3为电池组示意图。

图4为电池组对称解剖示意图。

附图标记说明

1壳体 2电解液存储腔 3J型排液管

4排气管 5金属阳极板安装口 6进液管

7金属阳极板 8阳极固定密封盖 9负极导电柱

10排污口 11总进液管 12总排气管

13总排液管 14下液位开关 15上液位开关

301上排液口 401上排气口 601溢流入液口

602溢流出液口

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本实用新型的保护范围。

图1是本实用新型实施例的一种静态可循环运行的金属燃料电池示意图，图2是本实用新型实施例的一种静态可循环运行的金属燃料电池解剖示意图，如图1和图2所示，该金属燃料电池单体结构包括：壳体1、电解液存储腔2、J型排液管3、排气管4、金属阳极板安装口5、进液管6、金属阳极板7、阳极固定密封盖8、负极导电柱9、排污口10、下液位开关14、上液位开关15，其中：

壳体1的下部设计为漏斗型，排污口10开设在壳体1的尖端，将壳体1设计为漏斗型有利于电池放电过程中的氧化物汇集到电池的底部，便于通过总排液管13将电解液和氧化物的混合物抽出。

电解液存储腔2，设于壳体1内，用于存储电解液。

J型排液管3，设于壳体1的右侧面，一端与壳体1底部的排污口10 连通，另一端设有上排液口301，上排液口301的水平高度大于溢流入液口601的水平高度，可以保证注满电解液后电池为静态状态。采用J型管设计可以保证电池排液口位于电池的顶端，可以有效避免电池组内单体电池之间电解液连通，减少了电池组在放电过程中因单体电池之间电解液连通而造成的电流电压损失及能量密度损失。

排气管4，安装于壳体1顶部中间位置，一端与壳体1连接，另一端设有上排气口401。

金属阳极板安装口5，设于壳体1的左侧面，金属阳极板安装口5设计于单体电池侧边可以保证金属阳极板完全浸没在电解液中，有效提高了金属阳极板的利用率。

进液管6，预埋在壳体1内，设于壳体1的右侧，进液管6与壳体1 为一整体，一端在壳体1内为溢流入液口601，另一端在壳体1外为溢流出液口602；

溢流入液口601的水平高度大于溢流出液口602的水平高度，溢流入液口601的水平高度大于下液位开关14的水平高度，溢流出液口602的水平高度小于下液位开关14的水平高度。

当向电解液存储腔2内注入电解液时，电解液经溢流出液口602进入进液管6，经溢流入液口601进入电解液存储腔2内，直至电解液存储腔 2内的电解液高度高于上液位开关15时，停止注液，电解液进入溢流入液口601，经进液管6，从溢流出液口602排出，直至电解液存储腔2内的电解液高度与溢流入液口601齐平。

溢流入液口601的设计可以有效的保证电池组内多个单体电池内部的电解液的用量一致性，保证电池组内多个单体电池的放电一致性，避免了电池组内多个单体电池的电解液存储腔内的电解液用量不一致而导致电池组内多个单体电池电解量不一样的情况。

金属阳极板7，从金属阳极板安装口5安装，金属阳极板7与阳极固定密封盖8连接，以使金属阳极板7固定在阳极固定密封盖8上。

阳极固定密封盖8，安装于金属阳极板安装口5上，与金属阳极板安装口5紧密配合，保证电池结构的密封，防止漏液。

负极导电柱9，设于金属阳极板7上，用于与其它单体电池连接组成电池组。

排污口10，设于壳体1底部，用于排污；

下液位开关14，设于电解液存储腔2内，下液位开关14的水平高度与金属阳极板7刚好被电解液完全浸没时的电解液的水平高度相同，上液位开关15，设于电解液存储腔2内，上液位开关15的水平高度大于或等于溢流入液口601的水平高度，上液位开关15的水平高度大于下液位开关14的水平高度，这样设计可以在保证金属阳极板7被完全浸没的前提下，上液位开关15和下液位开关14之间的距离尽可能的大，可以避免频繁的进液和抽液，也利于彻底抽出电池底部的电池组放电过程中产生的氧化物。

图3是本实用新型实施例的一种静态可循环运行的金属燃料电池组示意图，图4是本实用新型实施例的一种静态可循环运行的金属燃料电池组对称解剖示意图，如图3和图4所示，该电池组包括多个上述静态可循环运行的金属燃料电池，将多个单体电池按单体电池的厚度方向排列，将多个单体电池的排气管4连通形成一个通路，接入总排气管12，将多个单体电池的上排液口301连通形成一个通路，接入总排液管13，将多个单体电池的溢流出液口602连通形成一个通路，接入总进液管11。

本实用新型实施例还提供了一种控制方法，利用上述的静态可循环运行的金属燃料电池组实现，具体如下：

通过总进液管11、总排气管12和总排液管13中的任意一个或多个向电池组注入电解液。

当通过总进液管11向电池组注入电解液时，

打开进液泵，以使电解液通过总进液管11进入电池组内的每个单体电池，当电解液高度达到上液位开关15时，触发上液位开关15；

关闭进液泵，电池组内的每个单体电池内的电解液通过每个单体电池的溢流入液口601经每个单体电池的进液管6汇集到总进液管11排出；

打开真空抽液泵将电池组内每个单体电池内沉积在排污口10的电池组放电过程中产生的氧化物和电解液经总排液管13抽出，当电解液高度低于下液位开关14时，触发下液位开关14；

关闭真空抽液泵，再次执行打开进液泵的步骤；

在整个过程中，总排气管12不设阀门，连通外界，自然排气。

当通过总排气管12向电池组注入电解液时，

打开进液泵，以使电解液通过总排气管12进入电池组内的每个单体电池，当每个单体电池内电解液高度高于溢流入液口601时，电解液从溢流入液口601经每个单体电池的进液管6汇集到总进液管11排出；

关闭进液泵；

打开真空抽液泵，将电池组内每个单体电池内沉积在排污口10的电池组放电过程中产生的氧化物和电解液经总排液管13抽出，当电解液高度低于下液位开关14时，触发下液位开关14；

关闭真空抽液泵，再次执行打开进液泵的步骤；

在整个过程中，总进液管11不设阀门，连通外部电解液存储箱，当停止进液时，总排气管12与三通阀连通形成通路对外排气。

当通过总排液管13向电池组注入电解液时，

关闭总进液管11上的阀门，防止电解液通过总进液管11排出；

打开进液泵，以使电解液通过总排液管13进入电池组内的每个单体电池，当电解液高度达到上液位开关15时，触发上液位开关15；

关闭进液泵，电池组内的每个单体电池内的电解液通过每个单体电池的溢流入液口601经每个单体电池的进液管6汇集到总进液管11；

打开总进液管11上的阀门，以使总进液管11内的电解液排出；

打开真空抽液泵将电池组内每个单体电池内沉积在排污口10的电池组放电过程中产生的氧化物和电解液经总排液管13抽出，当电解液高度低于下液位开关14时，触发下液位开关14；

关闭真空抽液泵，关闭总进液管11上的阀门，再次执行打开进液泵的步骤；

在整个过程中，总排气管12不设阀门，连通外界，自然排气。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种静态可循环运行的金属燃料电池，其特征在于，包括：

壳体(1)；

电解液存储腔(2)，设于所述壳体(1)内；

J型排液管(3)，设于所述壳体(1)的侧面，一端与所述壳体(1)底部的排污口(10)连通，另一端设有上排液口(301)，所述上排液口(301)的水平高度大于溢流入液口(601)的水平高度；

排气管(4)，安装于所述壳体(1)的顶部，一端与所述壳体(1)连接，另一端设有上排气口(401)；

金属阳极板安装口(5)，设于所述壳体(1)的侧面；

进液管(6)，预埋在所述壳体(1)内，所述进液管(6)与所述壳体(1)为一整体，一端在所述壳体(1)内为所述溢流入液口(601)，另一端在所述壳体(1)外为溢流出液口(602)；

金属阳极板(7)，从所述金属阳极板安装口(5)安装；

阳极固定密封盖(8)，安装于所述金属阳极板安装口(5)上，与所述金属阳极板安装口(5)紧密配合；

排污口(10)，设于所述壳体(1)的底部；

下液位开关(14)，设于所述电解液存储腔(2)内；

上液位开关(15)，设于所述电解液存储腔(2)内。

2.根据权利要求1所述的静态可循环运行的金属燃料电池，其特征在于，所述壳体(1)的下部设计为漏斗型，所述排污口(10)开设在所述壳体(1)的尖端。

3.根据权利要求1所述的静态可循环运行的金属燃料电池，其特征在于，所述溢流入液口(601)的水平高度大于所述溢流出液口(602)的水平高度，所述溢流入液口(601)的水平高度大于所述下液位开关(14)的水平高度，所述溢流出液口(602)的水平高度小于所述下液位开关(14)的水平高度。

4.根据权利要求1所述的静态可循环运行的金属燃料电池，其特征在于，所述金属阳极板(7)与所述阳极固定密封盖(8)连接，以使所述金属阳极板(7)固定在所述阳极固定密封盖(8)上。

5.根据权利要求1所述的静态可循环运行的金属燃料电池，其特征在于，所述下液位开关(14)的水平高度与所述金属阳极板(7)刚好被电解液完全浸没时的电解液的水平高度相同；

所述上液位开关(15)的水平高度大于或等于所述溢流入液口(601)的水平高度；

所述上液位开关(15)的水平高度大于所述下液位开关(14)的水平高度。

6.一种静态可循环运行的金属燃料电池组，其特征在于，包括：

所述电池组包括多个权利要求1至5中任意一项所述的金属燃料电池，所述金属燃料电池为单体电池，将多个所述单体电池按所述单体电池的厚度方向排列，将多个所述单体电池的排气管(4)连通形成一个通路，接入总排气管(12)，将多个所述单体电池的上排液口(301)连通形成一个通路，接入总排液管(13)，将多个所述单体电池的溢流出液口(602)连通形成一个通路，接入总进液管(11)。

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