[發明專利]一種金屬-空氣電池系統

在審

• 申請號: 202011132253.6
• 申請日: 2020-10-21
• 公開（公告）號: CN112490476A
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發明（設計）人: 胡俊輝;黃慧宇
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H01M8/18
• 分類號: H01M8/18;H01M12/06;H01M12/08
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 張芳

本發明公開了一種金屬?空氣電池系統，包括超聲換能器和液流電池，所述超聲換能器內設有容納腔，所述容納腔內裝有電解質溶液，所述液流電池與至少一根毛細管的一端連接，所述毛細管的另一端浸沒在所述電解質溶液中；所述毛細管浸沒在電解質溶液中的端部與超聲換能器振動面之間的距離為10?100μm或λ/2的整數倍處或焦點處，其中λ＝c/f，λ為所述超聲聲場中的聲波波長，c為聲波在電解質溶液中的聲速，f為超聲換能器的工作頻率；該金屬?空氣電池系統利用超聲引起的超聲毛細效應驅動電解質溶液實現液流功能，其具有結構簡單、成本低和能耗小等優點，另外聲致液體粘性變小效應，有效減少電解質溶液的阻抗，進而能進一步提升金屬?空氣液流電池的輸出功率與容量。

技術領域

本發明屬于超聲、流體驅動和電池相互交叉技術領域，涉及一種利用超聲液流的金屬-空氣電池系統。

背景技術

金屬-空氣液流電池作為一種新興的電池技術，以活潑固體金屬鋁、鋅、鎂、鐵、鈣和鋰等作為金屬-空氣液流電池的負極，以中性鹽溶液或堿性溶液作為電解質溶液，以氧作為空氣正極，以外部泵作為動力源為電池不斷更新電解質溶液，它們共同構成金屬-空氣液流系統，金屬-空氣液流電池具有低成本、無毒、無污染、放電電壓平穩、能量密度高和比功率高等優點，被廣泛應用于電動汽車、海上能源供應、潛艇供電系統等領域，金屬-空氣液流電池作為一種新興的電池技術需要解決的技術問題還有很多，目前它已成為國內外研究學者的一個研究熱點。

金屬-空氣液流電池雖然具有功率密度、電流密度和能量密度高等優點，但其空氣正極的催化能力、金屬負極的析氫腐蝕反應和電解質溶液的內阻等問題限制了金屬-空氣電池的進一步發展，其中空氣正極與電解質溶液之間的濃差極化和金屬負極反應生成物的產生，增加了電解質溶液的內阻，降低了金屬-空氣液流電池的功率輸出。針對以上問題，目前國內外研究學者的研究方向主要集中在空氣正極催化材料的研制和金屬負極合金材料的研制等方向，并通過外部泵作為動力源為金屬-空氣電池不斷提供電解質溶液。

目前金屬-空氣液流電池電解質溶液循環流動的驅動方式是通過外部泵或馬達來實現的，其結構復雜、成本高、能耗大、通過運動部件控制電解質溶液的流動方向，存在部件易磨損堵塞等問題，不利于金屬-空氣電池的小型化實際應用。因此本發明專利針對以上問題，提出了一種超聲液流的金屬-空氣電池系統，其具有結構簡單、無運動部件、能耗低等優點，并利用聲致液體粘性變小及超聲毛細效應，有效減少電解質溶液的阻抗，進而提升金屬-空氣電池的輸出功率與容量，有利于金屬-空氣液流電池的小型化發展。

發明內容

為了克服現有金屬-空氣液流電池技術的不足，本發明提供了一種利用超聲液流的金屬-空氣電池系統，使其具有結構簡單、功耗低和聲致電解質溶液粘性降低等特點，能夠進一步提升金屬-空氣液流的電池輸出功率與容量。

為了實現上述目的，本發明提供的技術方案是：一種金屬-空氣電池系統，包括超聲換能器和液流電池，所述超聲換能器內設有容納腔，所述容納腔內裝有電解質溶液，所述液流電池與至少一根毛細管的一端連接，所述毛細管的另一端浸沒在所述電解質溶液中；所述毛細管浸沒在電解質溶液中的端部與超聲換能器振動面之間的距離為10-100μm或λ/2的整數倍處或焦點處，其中λ＝c/f，λ為所述超聲聲場中的聲波波長，c為聲波在電解質溶液中的聲速，f為超聲換能器的工作頻率。

可選的，所述的毛細管的內直徑為0.1-10mm。

可選的，所述液流電池包括正極殼體和負極殼體，所述正極殼體與所述負極殼體之間依次設置有空氣正極、電極間距隔板、金屬負極，所述并正極殼體和負極殼體通過螺栓螺母擰緊連接。

可選的，所述容納腔為中空圓柱腔室或聚焦型腔室。

可選的，所述電解質溶液為中性鹽溶液或堿性溶液。

可選的，所述超聲換能器產生的超聲波的頻率為10kHz—200kHz。