[發(fā)明專利]一種金屬/空氣電池組

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410798955.6
• 申請日: 2014-12-19
• 公開（公告）號: CN105789737B
• 公開（公告）日: 2018-09-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫公權(quán);劉敏;王二東
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所
• 主分類號: H01M12/06
• 分類號: H01M12/06;H01M2/36;H01M2/08;H01M2/06
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標(biāo)代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

一種金屬/空氣電池組，其特征在于：包括2節(jié)以上的串聯(lián)連接的單電池；所述單電池包括一中空的長方體單電池殼體、一片置于殼體內(nèi)且垂直于單電池殼體底部的金屬陽極、于金屬陽極的左右兩側(cè)分別設(shè)置有與金屬陽極平行的空氣陰極，兩片空氣陰極置于殼體壁面上，由單電池殼體和空氣陰極內(nèi)部構(gòu)成的電解液腔；于殼體內(nèi)所述電解液腔底部設(shè)有一電解液隔板，電解液隔板與殼體前端內(nèi)壁面、左右兩端內(nèi)壁面密閉連接，電解液隔板與殼體后端內(nèi)壁面間留有空隙，所述電解液隔板將電解液腔分隔成一端相連通的電解液反應(yīng)腔和電解液流通腔；所述電解液反應(yīng)腔和電解液流通腔后端連通；于電解液反應(yīng)腔和電解液流通腔連通處的遠(yuǎn)端、即殼體的前端的電解液流通腔的左右兩側(cè)壁面上分別相對設(shè)有注/排液孔，即注/排液孔位于電解液流通腔中兩片空氣陰極所處的殼體壁面上；所述2節(jié)以上的串聯(lián)連接的單電池的注/排液孔依次串聯(lián)密封連接，使整個電池組底部的電解液流通腔形成一注/排液連通通道。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述金屬/空氣電池組具有電池組內(nèi)單電池實現(xiàn)模塊化、可快速更換；陽極通過快速接觸件實現(xiàn)快速更換；電池組自身實現(xiàn)電解液注、排液管理，可連續(xù)穩(wěn)定的長時間放電提高循環(huán)利用效率等優(yōu)點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種金屬/空氣電池組。具體地說是一種鎂、鋁、鋅等單體電池可更換的金屬/空氣電池組。

背景技術(shù)

金屬/空氣電池是一種采用金屬(如鎂、鋁、鋅等)為陽極燃料，空氣中氧氣作為氧化劑，堿液或中性鹽水作為電解質(zhì)溶液的電化學(xué)反應(yīng)裝置。我國鎂、鋁、鋅等金屬儲量豐富、且價格低廉，因此金屬/空氣電池在我國通訊電源、野外應(yīng)急電源、照明電源及儲備電源等可移動電源的諸多領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。金屬/空氣電池具有能量密度高，安全性高，反應(yīng)物和產(chǎn)物無污染，工作安靜隱蔽性好，金屬燃料儲存、運輸、攜帶安全方便且干態(tài)存儲時間長，只要不斷更換金屬陽極和電解液，電池可持續(xù)穩(wěn)定供電等特點，以鎂/空氣電池為例，其理論能量密度高達(dá)3910Wh/kg。鎂/空氣電池電極反應(yīng)和電池總反應(yīng)分別為：

陽極電極反應(yīng)：Mg+2OH^-→Mg(OH)₂+2e^- -2.69V (1)

陰極電極反應(yīng)：1/2O₂+H₂O+2e^-→2OH^- +0.4V (2)

電池總反應(yīng)：Mg+1/2O₂+H₂O→Mg(OH)₂ +3.09V (3)

由上式可知，鎂/空氣電池在反應(yīng)過程中消耗金屬鎂、空氣中的氧氣和水，生成氫氧化鎂。反應(yīng)一段時間后，金屬陽極逐漸消耗完全，產(chǎn)物產(chǎn)物在電解液中的累積，此時，需及時將產(chǎn)物排出、更換陽極從而使鎂/空氣電池繼續(xù)工作。

由上述鎂/空氣電池的工作過程可以看出，陽極的快速更換、反應(yīng)產(chǎn)物的排出、電解液的快速注入是使金屬/空氣電池長時間持續(xù)穩(wěn)定供電的重要因素。快速更換陽極的制約因素主要有反應(yīng)后陽極形狀改變，不易提取，且需保證集流的快速實現(xiàn)；傳統(tǒng)金屬/空氣電池反應(yīng)產(chǎn)物的排出主要將電池組上端倒置，排出電解液及反應(yīng)產(chǎn)物，注液亦需對每個單電池逐一注液，注、排液過程繁瑣、費時費力，嚴(yán)重影響電池使用效率。

由于單體金屬/空氣電池的工作電壓只有1-1.5V，在遇到有較高額定電壓的需求的用電設(shè)備時，多需將多個金屬/空氣單電池串聯(lián)起來使用，以獲得較高的輸出電壓，但固定式串聯(lián)連接的金屬/空氣電池組不易于維護，且若單電池出現(xiàn)問題不易于更換，因此單電池可更換式串聯(lián)連接的金屬/空氣電池組對于金屬/空氣電池的發(fā)展至關(guān)重要。

而用于便攜式、車載式金屬/空氣電池由于經(jīng)常處于隨機振動、傾斜、沖擊等環(huán)境，使電解液泄露、滴濺的可能性激增，而電解液的泄露不僅會使反應(yīng)腔內(nèi)反應(yīng)環(huán)境惡化，更易造成集流處的腐蝕，嚴(yán)重時還可能造成電池組短路，所以金屬/空氣電池又要求密封良好才可滿足用戶使用要求，而將陽極導(dǎo)線伸出單電池外集流則很難實現(xiàn)密封。

發(fā)明內(nèi)容