CN218886106U - 一种锌空气燃料电池实验的实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种锌空气燃料电池实验的实验装置，包括中壳、两组螺帽、右壳、两组紧圈、左芯、右芯、小电极、锌片、电池隔膜、空气电极、第一六角铜柱、第二六角铜柱和透气片，两组所述螺帽分别连接于中壳的两侧，所述左芯与所述右壳分别连接于中壳的两端内，两组所述紧圈分别连接于两组螺帽的内侧。该锌空气燃料电池实验的实验装置具有紧凑的结构设计，实验中通入的气体纯度、流量可控，仅需较少的电解液填充润湿电池隔膜，左芯与右芯导电柱可更换，该锌空气燃料电池实验的实验装置采用紧圈及螺纹结构的设计有效提高了密封性，通过六角铜柱提高了接电的便捷性，有效降低了实验成本，并且拆装简单，装置整体的的协调性高，便于使用。

Description

一种锌空气燃料电池实验的实验装置

技术领域

本实用新型涉及锌空气电池实验技术领域，具体为一种锌空气燃料电池实验的实验装置。

背景技术

锌燃料电池即锌-空气电池(zinc air battery)，用活性炭吸附空气中的氧或纯氧作为正极活性物质，以锌为负极，以氯化铵或苛性碱溶液为电解质的一种原电池，又称锌氧电池，分为中性和碱性两个体系的锌空气电池。

而锌燃料电池实验是在实验室内用于测试锌燃料电池的相关实验数据，找到锌燃料材料或用料方面可能存在的问题等，类似于电池寿命，气体损耗等。现有的锌-空气电池实验装置在使用时，需要填充大量的电解质，成本较高，密封性很差，无法控制气体(尤其是氧气)的流通，增大了实验成本。

有鉴于此，现设计一种锌空气燃料电池实验的实验装置。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种锌空气燃料电池实验的实验装置，以解决上述背景技术中提出的现有的锌燃料电池实验装置需要填充大量的电解质，成本较高，密封性很差，无法控制气体(尤其是氧气)的流通，增大了实验成本的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案，一种锌空气燃料电池实验的实验装置，包括中壳、两组螺帽、右壳、两组紧圈、左芯、右芯、小电极、锌片、电池隔膜、空气电极、第一六角铜柱、第二六角铜柱和透气片；

两组所述螺帽分别连接于中壳的两侧；

所述左芯与所述右壳分别连接于中壳的两端内；

两组所述紧圈分别连接于两组螺帽的内侧，且两组所述紧圈分别套设于左芯与右壳的外侧；

所述右芯连接于右壳内；

所述小电极、所述锌片与所述电池隔膜依次连接于中壳内侧，且小电极连接于所述锌片与左芯之间；

所述空气电极与所述透气片连接于右壳内；

所述第一六角铜柱、所述第二六角铜柱分别与左芯、右芯相连接。

优选的，所述左芯包括左凸起部、左连接部、第一弹簧和第一插孔，其中：

左凸起部与左连接部固定相接；

第一弹簧与左凸起部固定相接；

第一插孔开设于左连接部远离左凸起部的一端内，且第一六角铜柱插接于第一插孔内。

优选的，所述右芯包括右凸起部、右连接部、安装部、第二弹簧、第二插孔、两组导气通道、两组安装孔、两组气管和两组密封胶圈，其中：

右凸起部、右连接部与安装部依次固定连接；

右连接部表面通过螺纹结构连接于右壳的内侧；

第二弹簧与右凸起部固定相接；

第二插孔、两组安装孔开设于安装部远离右连接部的一侧内，且第二六角铜柱插接于第二插孔内；

两组导气通道开设于右连接部内，且两组安装孔分别与两组导气通道相接通；

两组气管通过螺纹结构分别连接于两组安装孔内；

两组密封胶圈分别连接于两组安装孔内。

优选的，所述螺帽内贯通开设有第一内槽和第二内槽，左连接部的直径长度、右壳的外径长度与第一内槽的内径长度相匹配，中壳两端的表面通过螺纹结构分别与两组第二内槽的内壁面相连接。

优选的，所述中壳的两端内侧为对称设置的圆台型腔体，紧圈一端为环形结构，紧圈另一端圆台环形结构，且紧圈圆台环形结构该端连接于中壳的圆台型腔体处，且左连接部的直径长度、右壳的外径长度与紧圈内径长度相匹配。

优选的，所述小电极一端为柱形凸起，且小电极柱形凸起该端连接于第一弹簧的内侧。

优选的，所述透气片表面内贯通开设于若干组透气孔。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：该锌空气燃料电池实验的实验装置具有紧凑的结构设计，实验中通入的气体纯度、流量可控，仅需较少的电解液填充润湿电池隔膜，左芯与右芯导电柱可更换，该锌空气燃料电池实验的实验装置采用紧圈及螺纹结构的设计有效提高了密封性，通过六角铜柱提高了接电的便捷性，有效降低了实验成本，并且拆装简单，装置整体的的协调性高，便于使用。

附图说明

图1为本实用新型一种锌空气燃料电池实验的实验装置的爆炸图；

图2为本实用新型一种锌空气燃料电池实验的实验装置的局部爆炸图；

图3为本实用新型一种锌空气燃料电池实验的实验装置的正视图；

图4为本实用新型一种锌空气燃料电池实验的实验装置图3中A-A处的下视结构剖视图；

图5为本实用新型一种锌空气燃料电池实验的实验装置的局部结构示意图；

图6为本实用新型一种锌空气燃料电池实验的实验装置的左芯结构示意图；

图7为本实用新型一种锌空气燃料电池实验的实验装置的右芯一种结构示意图；

图8为本实用新型一种锌空气燃料电池实验的实验装置的右芯另一种结构示意图；

图9为本实用新型一种锌空气燃料电池实验的实验装置的透气片结构示意图。

图中：

1、中壳；

2、螺帽；201、第一内槽；202、第二内槽；

3、右壳；

4、紧圈；

5、左芯；501、左凸起部；502、左连接部；

503、第一弹簧；504、第一插孔；

6、右芯；601、右凸起部；602、右连接部；

603、安装部；604、第二弹簧；

605、第二插孔；606、导气通道；

607、安装孔；608、气管；609、密封胶圈；

7、小电极；

8、锌片；

9、电池隔膜；

10、空气电极；

11、第一六角铜柱；

12、第二六角铜柱；

13、透气片；131、透气孔。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”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。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。

在实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

请参阅图1-9，本实用新型提供一种技术方案：一种锌空气燃料电池实验的实验装置，包括中壳1、两组螺帽2、右壳3、两组紧圈4、左芯5、右芯6、小电极7、锌片8、电池隔膜9、空气电极10、第一六角铜柱11、第二六角铜柱12和透气片13。

具体的，中壳1的中部为螺母型结构，便于工作人员操控中壳1，中壳1采用透明亚克力材质，装置整体组装时可以清楚观测到材料的具体位置，方便对材料的位置调整。

两组螺帽2分别连接于中壳1的两侧。

左芯5与右壳3分别连接于中壳1的两端内。

两组紧圈4分别连接于两组螺帽2的内侧，且两组紧圈4分别套设于左芯5与右壳3的外侧。

右芯6连接于右壳3内。

小电极7、锌片8与电池隔膜9依次连接于中壳1内侧，且小电极7连接于锌片8与左芯5之间。

空气电极10与透气片13连接于右壳3内。

第一六角铜柱11、第二六角铜柱12分别与左芯5、右芯6相连接。

左芯5包括左凸起部501、左连接部502、第一弹簧503和第一插孔504，其中：

左凸起部501与左连接部502固定相接；

第一弹簧503与左凸起部501固定相接；

第一插孔504开设于左连接部502远离左凸起部501的一端内，且第一六角铜柱11插接于第一插孔504内。

具体的，通过第一插孔504用于连接第一六角铜柱11，第一六角铜柱11用于接电。

右芯6包括右凸起部601、右连接部602、安装部603、第二弹簧604、第二插孔605、两组导气通道606、两组安装孔607、两组气管608和两组密封胶圈609，其中：

右凸起部601、右连接部602与安装部603依次固定连接；

右连接部602表面通过螺纹结构连接于右壳3的内侧；

第二弹簧604与右凸起部601固定相接；

第二插孔605、两组安装孔607开设于安装部603远离右连接部602的一侧内，且第二六角铜柱12插接于第二插孔605内；

两组导气通道606开设于右连接部602内，且两组安装孔607分别与两组导气通道606相接通；

两组气管608通过螺纹结构分别连接于两组安装孔607内；

两组密封胶圈609分别连接于两组安装孔607内。

具体的，参考说明书附图2及说明书附图4，可将两组气管608分别旋入连接到两组安装孔607内，通过密封胶圈609提高了导气通道606与安装孔607连接处的密封性，从而通过其中一组气管608与其中一组导气通道606用于通入气体，通过另一组气管608与另一组导气通道606用于排出剩余的气体，如此往复，可实现气体持续的输入与输出，并且通入的气体纯度、流量可控。

具体的，左芯5与右芯6可更换，当使用耐腐蚀的钛合金钼金属时，具有较强抵抗耐腐蚀电解液的优点，具有超长的使用寿命。

螺帽2内贯通开设有第一内槽201和第二内槽202，左连接部502的直径长度、右壳3的外径长度与第一内槽201的内径长度相匹配，中壳1两端的表面通过螺纹结构分别与两组第二内槽202的内壁面相连接。具体的，可将两组螺帽2分别旋入连接到中壳1的两端外侧，从而实现两组螺帽2与中壳1之间的固定连接，且第一内槽201对左芯5与右壳3具有定位作用。

中壳1的两端内侧为对称设置的圆台型腔体，紧圈4一端为环形结构，紧圈4另一端圆台环形结构，且紧圈4圆台环形结构该端连接于中壳1的圆台型腔体处，且左连接部502的直径长度、右壳3的外径长度与紧圈4内径长度相匹配。具体的，当螺帽2在中壳1外侧转动时，第一内槽201对紧圈4具有推动作用，一组紧圈4的圆台环形一端挤入中壳1圆台型腔体与左芯5表面之间的部分，另一组紧圈4的圆台环形一端挤入中壳1圆台型腔体与右壳3表面之间的部分，从而有效提高了中壳1内侧的密封性，紧圈4采用可形变材质。

小电极7一端为柱形凸起，且小电极7柱形凸起该端连接于第一弹簧503的内侧。具体的，小电极7柱形凸起一端活动连接于第一弹簧503的内侧，通过第一弹簧503对小电极7具有弹性推动的作用，使得小电极7紧贴在锌片8的表面，小电极7作为集流体，具有传动电子的作用。

具体的，空气电极10即气体扩散电极，空气电极10上负载催化剂，当空气或氧气与其接触时，促进其发生氧还原反应。

具体的，电池隔膜9可为玻璃纤维隔膜，负载电解液，具有传导离子的作用，在实验过程中，仅需较少的电解液填充润湿电池隔膜9。

透气片13表面内贯通开设于若干组透气孔131。具体的，通过若干组透气孔131的设置，具有疏导空气流通的作用，且透气片13采用导电材质。

具体的，参考说明书附图4，通过第一弹簧503对小电极7、锌片8、电池隔膜9具有弹性紧压的作用，通过第二弹簧604对透气片13、空气电极10具有弹性紧压的作用，第一六角铜柱11、左芯5、小电极7、锌片8、电池隔膜9、空气电极10、透气片13、右芯6、第二六角铜柱12依次相连接，并且通过第一弹簧503与第二弹簧604的作用，使材料在受压时得到缓冲、保护，不至于会瞬间冲压导致破损，左芯5与右芯6的接电部位分别为第一六角铜柱11与第二六角铜柱12，六角铜柱可接合使用，提高了接电的便捷性。

具体的，锌片8直径长度、电池隔膜9直径长度均与中壳1内径长度相匹配。

具体的，空气电极10直径长度、透气片13直径长度均与右壳3的内径长度相匹配。

具体的，该实验装置可适用于多种空气(氧)电池体系，如锌空气、铝空气、锂空气、钠空气电池体系。

具体的，锌-空电池在放电过程中电极发生电化学反应，其中，

放电时，阳极锌片与电解液(碱)反应，失去电子，发生氧化反应，涉及的反应方程式：

Zn+4OH^－-2e^－→Zn(OH)₄ ^2－

Zn(OH)₄ ^2－→ZnO+2OH^－+H₂O

阴极空气或氧气从进入到右壳3中，然后通过透气片13到达空气电极10(气体扩散电极)表面与催化剂接触，在催化剂的作用下，得到电子，发生还原反应，涉及的反应方程式：

O₂+2H₂O+4e^－→4OH^－

充电时，阴极侧变为锌片侧，电解液中的Zn(OH)₄ ^2－或锌片表面ZnO得到电子，发生还原反应，生成锌，再次沉积到锌片表面，涉及的反应方程式：

ZnO+2H₂O+2e^－→Zn+4OH^－

而阳极侧变为空气/氧气端，电解液中的OH-失去电子，发生氧化反应，生成氧气，从出气口排出，涉及的反应方程式：

4OH^－-4e^－→O₂+2H₂O

工作原理：在使用该锌空气燃料电池实验的实验装置时，先将空气电极10与透气片13连接在右壳3内，接着将右连接部602旋入连接到右壳3内，再将右壳3插入中壳1内，接着将电池隔膜9、锌片8依次放入中壳1内，使得电池隔膜9与右壳3、空气电极10相接触，并将小电极7的凸起部置于第一弹簧503的内侧，接着将左连接部502及小电极7插入中壳1内，将两组有紧圈4分别套装在左连接部502的外侧与右壳3的外侧，并使得两组紧圈4的圆台环形结构部分分别连接在中壳1两端的圆台型腔体处，接着通过螺纹结构将两组螺帽2分别旋入到中壳1的两端，随着两组螺帽2的旋转，一组紧圈4的圆台环形一端挤入中壳1圆台型腔体与左芯5表面之间的部分，另一组紧圈4的圆台环形一端挤入中壳1圆台型腔体与右壳3表面之间的部分，从而有效提高了中壳1内侧的密封性，接着将第一六角铜柱11插接在第一插孔504内，将第二六角铜柱12插接在第二插孔605内，将两组气管608分别旋入连接到两组安装孔607内，并将第一六角铜柱11和第二六角铜柱12分别接电后，通过其中一组气管608与其中一组导气通道606将空气或氧气输入到右壳3内，接着气体通过若干组透气孔131穿过透气片13，阳极锌片8与电解液(碱)反应，失去电子，发生氧化反应，阴极空气或氧气进入到右壳3中，然后通过透气片13到达空气电极10表面与催化剂接触，在催化剂的作用下，得到电子，发生还原反应，充电时，阴极侧变为锌片侧，电解液中的Zn(OH)₄ ^2－或锌片表面ZnO得到电子，发生还原反应，生成锌，再次沉积到锌片8表面，阳极侧变为空气/氧气端，电解液中的OH-失去电子，发生氧化反应，生成氧气，从另一组导气通道606与气管608可将气体排出，以上为本锌空气燃料电池实验的实验装置工作过程。

尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、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 (7)

1.一种锌空气燃料电池实验的实验装置，其特征在于：包括中壳(1)、两组螺帽(2)、右壳(3)、两组紧圈(4)、左芯(5)、右芯(6)、小电极(7)、锌片(8)、电池隔膜(9)、空气电极(10)、第一六角铜柱(11)、第二六角铜柱(12)和透气片(13)；

两组所述螺帽(2)分别连接于中壳(1)的两侧；

所述左芯(5)与所述右壳(3)分别连接于中壳(1)的两端内；

两组所述紧圈(4)分别连接于两组螺帽(2)的内侧，且两组所述紧圈(4)分别套设于左芯(5)与右壳(3)的外侧；

所述右芯(6)连接于右壳(3)内；

所述小电极(7)、所述锌片(8)与所述电池隔膜(9)依次连接于中壳(1)内侧，且小电极(7)连接于所述锌片(8)与左芯(5)之间；

所述空气电极(10)与所述透气片(13)连接于右壳(3)内；

所述第一六角铜柱(11)、所述第二六角铜柱(12)分别与左芯(5)、右芯(6)相连接。

2.根据权利要求1所述的一种锌空气燃料电池实验的实验装置，其特征在于，

所述左芯(5)包括左凸起部(501)、左连接部(502)、第一弹簧(503)和第一插孔(504)，其中：

左凸起部(501)与左连接部(502)固定相接；

第一弹簧(503)与左凸起部(501)固定相接；

第一插孔(504)开设于左连接部(502)远离左凸起部(501)的一端内，且第一六角铜柱(11)插接于第一插孔(504)内。

3.根据权利要求1所述的一种锌空气燃料电池实验的实验装置，其特征在于，

所述右芯(6)包括右凸起部(601)、右连接部(602)、安装部(603)、第二弹簧(604)、第二插孔(605)、两组导气通道(606)、两组安装孔(607)、两组气管(608)和两组密封胶圈(609)，其中：

右凸起部(601)、右连接部(602)与安装部(603)依次固定连接；

右连接部(602)表面通过螺纹结构连接于右壳(3)的内侧；

第二弹簧(604)与右凸起部(601)固定相接；

第二插孔(605)、两组安装孔(607)开设于安装部(603)远离右连接部(602)的一侧内，且第二六角铜柱(12)插接于第二插孔(605)内；

两组导气通道(606)开设于右连接部(602)内，且两组安装孔(607)分别与两组导气通道(606)相接通；

两组气管(608)通过螺纹结构分别连接于两组安装孔(607)内；

两组密封胶圈(609)分别连接于两组安装孔(607)内。

4.根据权利要求2所述的一种锌空气燃料电池实验的实验装置，其特征在于：所述螺帽(2)内贯通开设有第一内槽(201)和第二内槽(202)，左连接部(502)的直径长度、右壳(3)的外径长度与第一内槽(201)的内径长度相匹配，中壳(1)两端的表面通过螺纹结构分别与两组第二内槽(202)的内壁面相连接。

5.根据权利要求2所述的一种锌空气燃料电池实验的实验装置，其特征在于：所述中壳(1)的两端内侧为对称设置的圆台型腔体，紧圈(4)一端为环形结构，紧圈(4)另一端圆台环形结构，且紧圈(4)圆台环形结构该端连接于中壳(1)的圆台型腔体处，且左连接部(502)的直径长度、右壳(3)的外径长度与紧圈(4)内径长度相匹配。

6.根据权利要求1所述的一种锌空气燃料电池实验的实验装置，其特征在于：所述小电极(7)一端为柱形凸起，且小电极(7)柱形凸起该端连接于第一弹簧(503)的内侧。

7.根据权利要求1所述的一种锌空气燃料电池实验的实验装置，其特征在于：所述透气片(13)表面内贯通开设于若干组透气孔(131)。

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