專利名稱：一種金屬空氣電池系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬空氣電池，具體地說是一種金屬空氣電池系統(tǒng)，為一種具有一體化結(jié)構(gòu)的金屬空氣電池組，其可用作應(yīng)急電源、電子產(chǎn)品電源及動力電源等高能量電源。
背景技術(shù)：
金屬空氣電池是以金屬陽極作燃料，空氣中的氧氣作氧化劑，將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn) 變?yōu)殡娔艿碾姵亍Ｋ山饘訇枠O，鹽或堿的水溶液為電解液，空氣陰極三部分構(gòu)成。金屬陽 極常用材料為Mg、Al、Zn、Fe、Li及其合金，陰極活性物質(zhì)為空氣中的氧氣，相應(yīng)電池稱為鎂 /空氣電池、鋁/空氣電池、鋅/空氣電池、鐵/空氣電池、鋰/空氣電池。鎂/空氣電池電 解液一般為NaCl水溶液(或海水)等，鋁/空氣電池、鋅/空氣電池、鐵/空氣電池及鋰/ 空氣電池電解液一般為強(qiáng)堿水溶液，如Na0H、K0H等?？諝怆姌O通常使用的催化劑為含Mn， Ag，Ni, Co, Pt，Pd，稀土元素及其化合物中的一種或一種以上催化劑組合。金屬空氣電池具有能量密度高、燃料供應(yīng)豐富、儲存壽命長、噪聲低等特點(diǎn)，可廣 泛用于應(yīng)急電源、電子產(chǎn)品電源及動力電源等領(lǐng)域。傳統(tǒng)的金屬空氣電池組由多個獨(dú)立的 單電池置于一個電池盒中，通過外部線路一個個繞接起來，串聯(lián)成一個電池組。在同一電池 盒中單電池之間繞接較困難，并且電池之間占有空間比較大，故傳統(tǒng)金屬空氣電池組系統(tǒng) 有效容量小，制造困難，成本高，使用和維護(hù)不便。為了解決上述技術(shù)的不足，近年來國內(nèi)外 研究者對上述技術(shù)做了相應(yīng)的改進(jìn)。中國發(fā)明專利CN1427499A，提供了一種使金屬空氣電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更緊湊的技術(shù)方 案。該技術(shù)方案將電池中的金屬陽極和空氣陰極分別做模塊化處理，并將處理后的空氣板 模塊、金屬板模塊與另一空氣板模塊通過框體緊固結(jié)合在一起的方式組裝成金屬空氣單電 池。再將金屬空氣單電池依次組合形成金屬空氣電池系統(tǒng)。盡管該技術(shù)方案使得電池系統(tǒng) 的結(jié)構(gòu)更緊湊，但其制備工藝復(fù)雜，空氣電極和金屬電極更換不便，制約了該技術(shù)方案的應(yīng) 用。中國發(fā)明專利CNl 194476A，涉及了 一種可置換式金屬空氣電池，其特征是附著有 金屬氧化物的金屬負(fù)極板可取出，并換上備用的金屬負(fù)極板。但該專利中并未公開實(shí)現(xiàn)金 屬負(fù)極板可更換的技術(shù)方案。中國發(fā)明專利CN1647296A，提供了一種有利于金屬空氣電池系統(tǒng)燃料補(bǔ)給的技術(shù) 方案。由該技術(shù)方案制造的金屬空氣電池系統(tǒng)，陰極包含相對陰極部分的陰極結(jié)構(gòu)，以及一 個配置用于容納陽極結(jié)構(gòu)的空間；陽極結(jié)構(gòu)包括一對多孔剛性結(jié)構(gòu)，以及介于剛性結(jié)構(gòu)之 間的陽極材料。該陽極結(jié)構(gòu)的剛性結(jié)構(gòu)有助于使陽極結(jié)構(gòu)從陰極結(jié)構(gòu)移開，從而實(shí)現(xiàn)金屬 空氣電池系統(tǒng)燃料的補(bǔ)給。但仍具有陽極結(jié)構(gòu)制造工藝復(fù)雜、陽極剛性結(jié)構(gòu)更換處理需消 耗成本等不足。美國專利US20040031143，提供了一種制造金屬空氣電池系統(tǒng)的技術(shù)方案。在該技 術(shù)方案中，采用熱固性樹脂注塑成型的方法使得空氣陰極、集流部件集成到一起，減小了金 屬空氣電池系統(tǒng)的體積。但由于殼體與電極框體材料的不一致性，導(dǎo)致了其易于扭曲變形，制造困難。同時該技術(shù)方案制造出電池系統(tǒng)的可更換性仍沒有滿足實(shí)際應(yīng)用的需要。美國專利US4950561，提供了一種陽極可移除的金屬空氣電池系統(tǒng)，該系統(tǒng)由一個或一個以上的單電池組成，每個單電池包含一個有開口的框架，陰極空氣電極用抗堿性的 環(huán)氧樹脂固定在框架上，金屬陽極的一端通過上述框架的開口插入到空氣陰極的空隙中， 另一端暴露在外面，以便于陽極的更換。但環(huán)氧樹脂框架的耐久性并沒有達(dá)到理性效果，使 得長期使用會造成漏液短路等現(xiàn)象，影響電池系統(tǒng)的反應(yīng)效率。綜合來看，針對金屬空氣電池系統(tǒng)有效容量小，制造困難，使用和維護(hù)不便等的綜 合問題還沒有得到系統(tǒng)解決。不僅如此，由于金屬空氣電池在放電過程中陽極會發(fā)生腐蝕， 從而導(dǎo)致一定量氫氣的產(chǎn)生。因而，有效解決氫氣的排除問題對金屬空氣電池系統(tǒng)的進(jìn)一 步應(yīng)用至關(guān)重要。

發(fā)明內(nèi)容
針對目前金屬空氣電池體積較大，制備工藝復(fù)雜，成本較高，氫氣排出及使用維護(hù) 不便等問題，本發(fā)明的目的是提供一種具有一體化結(jié)構(gòu)的金屬空氣電池系統(tǒng)，該金屬空氣 電池系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)緊湊，金屬陽極與蓋體具有一體化結(jié)構(gòu)，空氣陰極與殼體具有一體化結(jié) 構(gòu)，以及制造工藝簡單，空氣陰極和金屬陽極可方便地更換，電解液腔中陽極腐蝕產(chǎn)生的氫 氣可單向排出，而外界的氣體、液體及其它雜質(zhì)不易進(jìn)入電池系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種金屬空氣電池系統(tǒng)，包括上方帶有蓋體的方體殼體，蓋體扣合于方體殼體的 上方；方體殼體為上方開口、四周和底部封閉的筒狀結(jié)構(gòu)，在方體殼體的內(nèi)部從左向右 豎向平行設(shè)置有2η個隔板，11為> 1的正整數(shù)，隔板與殼體的內(nèi)側(cè)壁和內(nèi)底面密閉連接，形 成一體化結(jié)構(gòu)；于所述每個隔板上部均設(shè)置有向下的開口，開口周邊密封，開口整體形成一密封 凹槽，或者每個隔板上方密封及隔板上方貼近隔板前后兩側(cè)的殼體內(nèi)側(cè)壁向上豎向密封， 形成一 “U”字型密封凹槽；在密封凹槽內(nèi)豎向設(shè)置有空氣陰極，空氣陰極與殼體形成一體化結(jié)構(gòu)；所述隔板兩個為一組相對設(shè)置，每組的兩個隔板相互之間均預(yù)留有一定的空間， 形成空腔，所形成的η組空腔從左向右相互平行的、且互不連通，空腔即為電解液密封腔；在隔板與殼體的左側(cè)壁間、每組隔板之間、隔板與殼體的右側(cè)壁間分別留有空隙， 在空隙所處位置的殼體兩側(cè)壁面上分別設(shè)置有空氣進(jìn)出通道；在電解液密封腔內(nèi)豎向懸置有金屬陽極，金屬陽極的一端固接于蓋體的下方，金 屬陽極與蓋體形成一體化結(jié)構(gòu)，金屬陽極與蓋體為可拆卸連接，金屬陽極與空氣陰極相平 行；蓋體上的金屬陽極依次插入帶有空氣陰極的空腔中，殼體上蓋上蓋體即構(gòu)成金屬 空氣電池系統(tǒng)；其中，每個金屬陽極與同一空腔內(nèi)的二個空氣陰極形成一節(jié)單電池，各單電 池之間采用串聯(lián)方式進(jìn)行電連接?？諝怅帢O采用可拆卸式連接豎向扣合于密封凹槽內(nèi)或者采用可插拔式連接豎向 插接于密封凹槽內(nèi)；空氣陰極為可更換式結(jié)構(gòu)。
帶有隔板的殼體是采用熱塑性材料一次性注塑形成的，空氣陰極是由空氣電極及其兩側(cè)用于夾緊空氣電極的框體構(gòu)成，空氣陰極與殼體和隔板再通過密封凹槽連接，形成 一體化連接結(jié)構(gòu)，在空氣陰極與殼體和隔板的連接凹槽內(nèi)設(shè)置有密封圈。所述空氣電極所 采用的催化劑為Ag、Mn、Co、Ni、Pt、Pd，稀土元素或其化合物中的一種或一種以上的組合催 化劑。于蓋體的下方設(shè)置有凹形插槽，金屬陽極插接于蓋體的下方；或者于蓋體或金屬 陽極上開設(shè)連接孔或連接柱，金屬陽極與蓋體通過連接孔或接孔柱采用螺栓連接，金屬陽 極為可更換式結(jié)構(gòu)。所述金屬陽極為是由Al、Mg、Li或Zn之一，或它們中二種或二種以上 的合金制備而成；在電解液密封腔上方對應(yīng)的蓋體上都設(shè)均設(shè)置有微型氫氣單向排氣閥，可用于排 出金屬板腐蝕產(chǎn)生的微量氫氣。所述氫氣單向排氣閥由橡膠制成，上端為板狀圓形橡皮帽， 在橡皮帽下方中部固接有橡膠柱，橡膠柱的下端與蓋體連接，橡皮帽貼接于蓋體的上表面， 于橡皮帽下方的蓋體上開設(shè)有通入蓋體下表面的小孔，小孔即為排氣體通道，每個氫氣單 向排氣閥設(shè)有2-8個氣體排出通道。所述電解液密封腔放置有電解液，所述電解液為NaCl、KCl、NaC103> NaOH, KOH水 溶液中的一種或多種；電解液質(zhì)量總濃度為3% -50% ；在所述電解液密封腔的內(nèi)部，金屬 陽極和空氣陰極設(shè)置于空腔的中上部，于空腔的下方設(shè)置有一定體積的預(yù)留空間，用于沉 積反應(yīng)產(chǎn)生的副產(chǎn)物，其中預(yù)留空間占空腔總體積的10% -60%。本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明與傳統(tǒng)技術(shù)相比，由于金屬陽極與蓋體以及空氣陰極與殼體分別具有一體 化結(jié)構(gòu)，使得整個金屬空氣電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更緊湊、堅(jiān)固；而金屬陽極與蓋體通過凹形槽或 螺栓的連接方式使得金屬陽極易于更換，空氣陰極與殼體內(nèi)壁及其內(nèi)部隔板通過熱塑性材 料注塑形成的槽連接使得空氣陰極也同樣易于更換，這種可更換的連接方式使得系統(tǒng)的使 用和維護(hù)更方便；該金屬空氣電池系統(tǒng)的另一個非常重要的優(yōu)點(diǎn)在于每個電解液腔對應(yīng) 上方的蓋體上都設(shè)計(jì)有氫氣單向排氣閥，當(dāng)由金屬陽極腐蝕產(chǎn)生的氫氣壓力大于一定壓力 時，橡皮帽被頂起，氫氣排出電解液腔，當(dāng)電解液腔中的氫氣壓力小于該一定壓力時，橡皮 帽自動下落，電解液腔被封閉，從而避免了污染物的進(jìn)入，該單向排氣閥的設(shè)計(jì)解決了金屬 空氣電池系統(tǒng)由于金屬腐蝕產(chǎn)生的氫氣排出困難的問題。同時，由金屬空氣電池系統(tǒng)的拋 面結(jié)構(gòu)示意圖可以看到，金屬陽極并沒有完全插入到電解液腔中，這增大了金屬腐蝕產(chǎn)物 的存儲空間，從而延長了金屬空氣電池系統(tǒng)的維護(hù)時間及使用壽命。本發(fā)明所涉及的金屬 空氣電池系統(tǒng)適用于需求高能量的應(yīng)急電源、電子產(chǎn)品電源及動力電源。


圖1本發(fā)明金屬空氣電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2本發(fā)明的金屬空氣電池系統(tǒng)拋面圖；圖3本發(fā)明金屬空氣電池系統(tǒng)金屬陽極與蓋板的一體化結(jié)構(gòu)示意圖；圖4本發(fā)明金屬空氣電池系統(tǒng)空氣陰極結(jié)構(gòu)及其與殼體的一體化結(jié)構(gòu)示意圖；圖5本發(fā)明金屬空氣電池系統(tǒng)蓋體上的單向排氣閥結(jié)構(gòu)示意圖；圖6鎂/空氣電池組電流一電壓性能曲線；
圖7鎂/空氣電池恒流放電曲線。
具體實(shí)施例方式如圖1-5所示，本發(fā)明金屬空氣電池系統(tǒng)一種金屬空氣電池系統(tǒng)，包括上方帶有蓋體2的方體殼體1，蓋體2扣合于方體殼 體1的上方；方體殼體1為上方開口、四周和底部封閉的筒狀結(jié)構(gòu)，在方體殼體2的內(nèi)部從左向 右豎向平行設(shè)置有2η個隔板，η為> 1的正整數(shù)，隔板與殼體1的內(nèi)側(cè)壁和內(nèi)底面密閉連 接，形成一體化結(jié)構(gòu)；于所述每個隔板上方密封及隔板上方貼近隔板前后兩側(cè)的殼體內(nèi)側(cè)壁向上豎向 密封，形成一 “U”字型密封凹槽；在密封凹槽內(nèi)豎向插接有空氣陰極，空氣陰極4與殼體1 形成一體化結(jié)構(gòu)，空氣陰極與殼體采用可插拔式連接(即可更換式連接)；帶有隔板的殼體1是采用熱塑性材料一次性注塑形成的，空氣陰極4是由空氣電 極12及用于夾緊空氣電極的框體11構(gòu)成，框體11是采用熱塑性材料制備而成，空氣電極 12熱塑于框體11中部；空氣陰極4與殼體1和隔板再通過密封凹槽連接，形成一體化連接 結(jié)構(gòu)，在空氣陰極4與殼體1和隔板的連接凹槽內(nèi)設(shè)置有密封圈7 ；所述空氣電極12所采 用的催化劑為Ag、Mn、Co、Ni、Pt、Pd，稀土元素或其化合物中的一種或一種以上的組合催化 劑；所述隔板兩個為一組相對設(shè)置，每組的兩個隔板相互之間均預(yù)留有一定的空間， 形成空腔，所形成的η組空腔從左向右相互平行的、且互不連通，空腔即為電解液密封腔8 ； 所述電解液密封腔8內(nèi)放置有電解液，所述電解液為NaCl、KC1、NaC103> NaOH, KOH水溶液 中的一種或多種；電解液質(zhì)量總濃度為3%-50%;在所述電解液密封腔8的內(nèi)部，金屬陽極 和空氣陰極設(shè)置于空腔的中上部，于空腔的下方設(shè)置有一定體積的預(yù)留空間，用于沉積反 應(yīng)產(chǎn)生的副產(chǎn)物，其中預(yù)留空間占空腔總體積的10% -60% ；在隔板與殼體1的左側(cè)壁間、每組隔板之間、隔板與殼體1的右側(cè)壁間分別留有空 隙，在空隙所處位置的殼體1兩側(cè)壁面上分別設(shè)置有空氣進(jìn)出通道6 ；所述空氣進(jìn)出通道6 設(shè)置于與空氣陰極4相垂直的殼體兩個側(cè)壁面上；在電解液密封腔8內(nèi)豎向懸置有金屬陽極，于蓋體2的下方設(shè)置有凹形插槽，金屬 陽極3插接于蓋體2的下方，金屬陽極3與蓋體2形成一體化結(jié)構(gòu)，金屬陽極3與蓋體2為 可拆卸連接(即可更換式連接)，金屬陽極與空氣陰極相平行；所述金屬陽極為是由Al、Mg、 Li或Zn之一，或它們中二種或二種以上的合金制備而成；蓋體2上的金屬陽極依次插入帶有空氣陰極的空腔中，殼體1上蓋上蓋體2即構(gòu) 成金屬空氣電池系統(tǒng)；每個電解液密封腔8內(nèi)都具有二個相對的空氣陰極，它們分別置于 金屬陽極的左右兩側(cè)，其中，每個金屬陽極與同一空腔內(nèi)的空氣陰極形成一節(jié)單電池，各單 電池之間采用串聯(lián)方式進(jìn)行電連接。在蓋體上設(shè)置有微型氫氣單向排氣閥5，可用于排出金屬板腐蝕產(chǎn)生的微量氫氣， 其由橡膠制成，上端為板狀圓形橡皮帽13，在橡皮帽13下方中部固接有橡膠柱15，橡膠柱 的下端與蓋體2連接，橡皮帽13貼接于蓋體2的上表面，于橡皮帽13下方的蓋體2上開設(shè) 有通入蓋體2下表面的小孔，小孔即為排氣體通道14，每個氫氣單向排氣閥設(shè)有2-8個氣體排出通道14。 本發(fā)明中的金屬空氣電池系統(tǒng)，其殼體和蓋體均采用注塑成型法一次性制造完 成。空氣陰極與殼體通過熱塑性材料注塑形成的槽連接，并通過密封材料密封，形成一體化 結(jié)構(gòu)。而金屬陽極與蓋體則通過凹形槽連接或者通過插入連接柱的螺栓連接，形成一體化 結(jié)構(gòu)；當(dāng)金屬陽極與蓋體采用螺栓方式連接時，蓋體上應(yīng)具有與金屬陽極電極數(shù)目相同的 對稱連接柱。所述殼體和蓋體均采用注塑成型法制備，所采用的熱塑性材料為ABS(工程塑 料)、PVC(聚氯乙烯)、PC(聚碳酸脂)、PE(聚乙烯)、Ρ0Μ(聚甲醛)、PP(聚丙烯)、PS(聚 苯乙烯)、PA(聚酰胺)、PTFE (聚四氟乙烯)、PPS (聚苯硫醚)、PEEK (聚醚醚酮)或PAI (聚 酰胺酰亞胺)等。密封凹槽內(nèi)密封圈所采用的密封材料為橡膠或軟體塑料，如POE(聚烯 烴彈性體)、EVA (聚苯乙烯)、軟PVC (聚氯乙烯)等。本發(fā)明中的金屬空氣電池系統(tǒng)，其制造方法具體可為1)采用注塑法制造設(shè)計(jì)好的金屬空氣電池系統(tǒng)的殼體，該殼體上設(shè)有隔板，隔板 上方及其上方的內(nèi)壁上具有用于放置空氣陰極的凹槽，同時在垂直于隔板的側(cè)壁上設(shè)有為 陰極提供空氣的孔；2)采用與殼體同樣的材料并同樣采用注塑法制備陰極空氣電極的外框，將空氣電 極夾入兩個同樣的對稱框體中，并用粘合劑將兩框體粘合在一起，形成空氣陰極；將空氣陰 極依次插入殼體凹槽中，并通過橡膠或者軟體塑料密封；3)采用注塑法制造設(shè)計(jì)好的金屬空氣電池系統(tǒng)的蓋體，該蓋體上或者具有插入金 屬陽極的凹槽，或者具有用于插入螺栓固定金屬陽極的柱體；同時，每對應(yīng)一個金屬陽極， 蓋體上設(shè)置有氫氣單向排氣孔，孔內(nèi)裝有由橡膠制成的氫氣單向排氣閥。4)將金屬陽極依次或者插入蓋體凹槽中，或者通過螺栓連接到蓋板的柱體上；5)在兩空氣陰極間的電解液腔中加入電解液；6)將一體化的金屬陽極蓋在一體化的空氣陰極上，形成金屬空氣電池系統(tǒng)。圖1為本發(fā)明的金屬空氣電池系統(tǒng)的立體圖。該電池系統(tǒng)包括一長方體殼體1及 插入其內(nèi)部隔板和內(nèi)壁凹槽上的與其一體化的八片空氣陰極4，一蓋體2及插入其凹槽上 的與其一體化的四片金屬陽極3。其中，八片空氣陰極通過密封凹槽連接并固定在殼體上， 形成四組空氣陰極，每組空氣陰極與其相應(yīng)的二塊隔板形成一個電解液密封腔8，電解液腔 中加入質(zhì)量濃度3% NaCl水溶液，四片固定在蓋板上的金屬陽極依次插入到四個電解液腔 中，蓋好蓋板；在隔板與殼體1的左側(cè)壁間、每組隔板之間、隔板與殼體1的右側(cè)壁間分別留 有空隙，在空隙所處位置的殼體1兩側(cè)壁面上分別設(shè)置有多孔空氣進(jìn)出通道6 ；電解液腔上 方的蓋體上貼近金屬極板處具有用于排出金屬腐蝕產(chǎn)生的微量氫氣的氫氣單向排氣閥5。圖2為金屬空氣電池系統(tǒng)垂直于電極方向的拋面圖，可以看到雙空氣陰極與金屬 陽極的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，由于雙空氣陰極使得空氣陰極的反應(yīng)面積有所增大，因此整個電池系統(tǒng) 的反應(yīng)效率有所提高。圖中，8為電解液密封腔，可以看到金屬陽極并沒有插入到電解液密 封腔8的底部，而是在其下方留有一定的體積空間，這主要是為存儲反應(yīng)生成的副產(chǎn)物所 設(shè)計(jì)的。圖中，7為使得空氣陰極和殼體連接的密封圈，以防止液體泄露。圖3為本發(fā)明蓋體與金屬陽極的一體化連接結(jié)構(gòu)示意圖。連接點(diǎn)采用凸凹槽9連 接，10為手柄。
圖4為本發(fā)明金屬空氣電池系統(tǒng)空氣陰極結(jié)構(gòu)示意圖，及其與電池系統(tǒng)殼體的一 體化連接方式?？諝怆姌O12固定于框體11中間，再采用凹槽連接方式通過密封圈7與電 池系統(tǒng)殼體形成一體化連接方式。圖5為本發(fā)明單向排氣閥結(jié)構(gòu)示意圖，其中橡皮帽13中心處與一微小橡膠柱15 連接，同時橡皮帽覆蓋有三個大小相等的氣體排出通道14。當(dāng)氣體壓力一定大時，橡皮帽被 頂起，產(chǎn)生的H2被排出，氣體壓力小時，橡皮帽自然落下，可以防止污染物進(jìn)入。圖6為本發(fā)明鎂/空氣電池系統(tǒng)電流一電壓性能曲線。其中，電池組 有含四節(jié)單 電池，空氣陰極電極總面積248cm2。金屬陽極為鎂鋁鋅合金(型號為AZ61)；空氣陰極催化 劑為MnO2,電解液為3%NaCl水溶液；將組裝好的鎂/空氣電池系統(tǒng)置于大氣條件下，20°C， 通過外接電子負(fù)載放電。電池最大功率密度可達(dá)10W。圖7為本發(fā)明鎂/空氣電池恒流放電曲線。當(dāng)放電電流為IA時，體積為2L的3% NaCl水溶液放電時間長達(dá)17. 6h，放電容量為52. 5Ah。放電結(jié)束完后，電解液呈乳白色半固 體狀，倒掉，換入新的電解液后，可繼續(xù)使用。以上所述的實(shí)施例只是為更好地闡明本發(fā)明而給出的較優(yōu)選的具體實(shí)施方式
，本 領(lǐng)域的技術(shù)人員在本方案范圍內(nèi)進(jìn)行的細(xì)節(jié)、步驟、材料、部件的變化和替換都應(yīng)包含在本 發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種金屬空氣電池系統(tǒng)，其特征在于包括上方帶有蓋體(2)的方體殼體(1)，蓋體(2)扣合于方體殼體(1)的上方；方體殼體(1)為上方開口、四周和底部封閉的筒狀結(jié)構(gòu)，在方體殼體(1)的內(nèi)部從左向右豎向平行設(shè)置有2n個隔板，n為≥1的正整數(shù)，隔板與殼體(1)的內(nèi)側(cè)壁和內(nèi)底面密閉連接，形成一體化結(jié)構(gòu)；于所述每個隔板上部均設(shè)置有向下的開口，開口周邊密封，開口整體形成一密封凹槽；或者每個隔板上方密封及隔板上方貼近隔板前后兩側(cè)的殼體內(nèi)側(cè)壁向上豎向密封，形成一“U”字型密封凹槽；在密封凹槽內(nèi)豎向設(shè)置有空氣陰極，空氣陰極(4)與殼體(1)形成一體化結(jié)構(gòu)；所述隔板兩個為一組相對設(shè)置，每組的兩個隔板相互之間均預(yù)留有一定的空間，形成空腔，所形成的n組空腔從左向右相互平行的、且互不連通，空腔即為電解液密封腔(8)；在隔板與殼體(1)的左側(cè)壁間、每組隔板之間、隔板與殼體(1)的右側(cè)壁間分別留有空隙，在空隙所處位置的殼體(1)兩側(cè)壁面上分別設(shè)置有空氣進(jìn)出通道(6)；在電解液密封腔(8)內(nèi)豎向懸置有金屬陽極，金屬陽極的一端固接于蓋體(2)的下方，金屬陽極(3)與蓋體(2)形成一體化結(jié)構(gòu)，金屬陽極(3)與蓋體(2)為可拆卸連接，金屬陽極與空氣陰極相平行；蓋體(2)上的金屬陽極依次插入帶有空氣陰極的空腔中，殼體(1)上蓋上蓋體(2)即構(gòu)成金屬空氣電池系統(tǒng)；其中，每個金屬陽極與同一空腔內(nèi)的二個空氣陰極形成一節(jié)單電池，各單電池之間采用串聯(lián)方式進(jìn)行電連接。
2.如權(quán)利要求1所述金屬空氣電池系統(tǒng)，其特征在于空氣陰極采用可拆卸式連接豎 向扣合于密封凹槽內(nèi)或者采用可插拔式連接豎向插接于密封凹槽內(nèi)；空氣陰極為可更換式 結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求2所述金屬空氣電池系統(tǒng)，其特征在于帶有隔板的殼體(1)是采用熱 塑性材料注塑形成的，空氣陰極(4)是由空氣電極(12)及其兩側(cè)用于夾緊空氣電極的框體 (11)構(gòu)成，空氣陰極(4)與殼體(1)和隔板再通過密封凹槽連接，形成一體化連接結(jié)構(gòu)，在 空氣陰極⑷與殼體⑴和隔板的連接凹槽內(nèi)設(shè)置有密封圈(7)。
4.如權(quán)利要求3所述金屬空氣電池系統(tǒng)，其特征在于所述空氣電極(12)所采用的催 化劑為Ag、Mn、Co、Ni、Pt、Pd，稀土元素或其化合物中的一種或一種以上的組合催化劑。
5.如權(quán)利要求1所述金屬空氣電池系統(tǒng)，其特征在于于蓋體(2)的下方設(shè)置有凹形 插槽，金屬陽極(3)插接于蓋體(2)的下方；或者于蓋體或金屬陽極上開設(shè)連接孔或連接 柱，金屬陽極與蓋體通過連接孔或連接柱采用螺栓連接，金屬陽極(3)為可更換式結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求1所述金屬空氣電池系統(tǒng)，其特征在于所述金屬陽極是由Al、Mg、Li或 Zn之一，或它們中二種或二種以上的合金制備而成；所述電解液密封腔(8)內(nèi)放置有電解液，所述電解液為NaCl、KCl、NaC103、Na0H、K0H水 溶液中的一種或多種；電解液質(zhì)量總濃度為3% -50%。
7.如權(quán)利要求1所述金屬空氣電池系統(tǒng)，其特征在于在電解液密封腔(8)上方對應(yīng) 的蓋體上都設(shè)均設(shè)置有氫氣單向排氣閥(5)，可用于排出金屬板腐蝕產(chǎn)生的微量氫氣。
8.如權(quán)利要求7所述金屬空氣電池系統(tǒng)，其特征在于所述氫氣單向排氣閥由橡膠制 成，上端為板狀圓形橡皮帽(13)，在橡皮帽(13)下方中部固接有橡膠柱(15)，橡膠柱(15)的下端與蓋體(2)連接，橡皮帽(13)貼接于蓋體(2)的上表面，于橡皮帽(13)下方的蓋體 (2)上開設(shè)有通入蓋體(2)下表面的小孔，小孔即為排氣體通道(14)，每個氫氣單向排氣閥 設(shè)有2-8個氣體排出通道。
9.如權(quán)利要求1所述金屬空氣電池系統(tǒng)，其特征在于在所述電解液密封腔(8)的內(nèi) 部，金屬陽極和空氣陰極設(shè)置于空腔的中上部位置，于空腔的下方設(shè)置有一定體積的預(yù)留 空間，用于沉積反應(yīng)產(chǎn)生的副產(chǎn)物，其中預(yù)留空間占空腔總體積的10% -60%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種金屬空氣電池系統(tǒng)，其二個或二個以上空氣陰極采用可插拔式連接平行的插入中空的長方體殼體中，形成一體化結(jié)構(gòu)；金屬空氣電池系統(tǒng)的一個或多個金屬陽極采用可更換式連接平行的固定在蓋板上，形成一體化結(jié)構(gòu)；將蓋板上的金屬陽極依次插入兩空氣陰極形成空腔中，并蓋上蓋板構(gòu)成金屬空氣電池系統(tǒng)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，電池組結(jié)構(gòu)更緊湊、堅(jiān)固，空氣陰極和金屬陽極都很容易更換，使用、維護(hù)更方便，成本更低，解決了H2排氣困難的問題，適用于需求高能量的應(yīng)急電源、電子產(chǎn)品電源及動力電源。
文檔編號H01M12/04GK101814643SQ20091001045
公開日2010年8月25日 申請日期2009年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月25日
發(fā)明者孫公權(quán), 孫海, 楊少華, 陳利康 申請人:中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所