專利名稱：一種溶氧型海水電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化學(xué)電源，具體地說是一種用于海水或含鹽水域中的溶氧型電池。
背景技術(shù)：
在海上或其它含鹽水域中工作的電子設(shè)備，如海上航標(biāo)、水文氣象浮標(biāo)、水下探測器、無限傳感器等都需要采用電池來作為電源提供能量。上述用電設(shè)備對電池的要求是容量大、穩(wěn)定性高。常規(guī)的一次電池，如鋅錳、鋅銀等，價格高、而且質(zhì)量和體積比能量低，儲存性能差。如果用鉛酸、鎳氫、鋰離子等二次電池，一方面，受其額定容量限制，電池的水下連續(xù)使用時間有限；另一方面，在深海工作時，需將電池密封于耐壓容器中進(jìn)行保護(hù)，尤其是鋰離子電池，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性。溶氧型海水電池是一種用于水下的電池，其陽極為鎂、鋁金屬或合金，陰極為氧， 電解質(zhì)為海水或鹽水。該類電池的優(yōu)點有一、能量密度高。由于這類電池除金屬陽極外其氧化劑和電解質(zhì)均由海水提供，因此其理論質(zhì)量比能量高達(dá)數(shù)百瓦時每千克。二、原料來源豐富。鎂、鋁均為地球儲量大的金屬元素，且價格低廉。三、儲存性能好。該類電池在不接觸海水時處于不激活狀態(tài)，其儲存性能好，儲存時間長達(dá)數(shù)年。但是，由于溶氧型海水電池利用水中溶解氧作為氧化劑，而海水中的含氧量低(只有0. 3mol/m3)，因此陰極必須采用開放式結(jié)構(gòu)與海水接觸。通過增加陰極面積使溶氧型海水電池輸出較大電流。專利CN1543001A中為了擴(kuò)大海水電池正極面積，采用發(fā)散式正極的結(jié)構(gòu)，電池中央為鎂棒。但這種結(jié)構(gòu)的海水電池并不能完全保證海水在整個電池內(nèi)部的通暢流動，且鎂陽極與陰極距離稍遠(yuǎn)，增加了離子電導(dǎo)，使電池性能偏低。美國Courtesy of Westinghouse Corporation在圓筒型鎂陽極外圍繞一圈陰極藉此實現(xiàn)陰極與海水的充分接觸，但這種結(jié)構(gòu)同樣存在海水流動不暢的問題，且電池體積過大，內(nèi)部空間未充分利用。綜合來看，海水水下用電池系統(tǒng)電極有效面積小，電池有效容量低，海水在電池內(nèi)部流動不暢，陰極氧供應(yīng)不足，易被海水中浮生的藻類等纏繞污染等問題還沒有得到系統(tǒng)解決。因而，有效解決上述問題對溶氧電池系統(tǒng)在海水水下的進(jìn)一步應(yīng)用至關(guān)重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種溶氧型海水電池，該電池系統(tǒng)除具有電極有效面積大、有效容量高的特點外，還保證了海水在電池內(nèi)部的通暢流動，在一定程度上解決了電池系統(tǒng)一直存在的陰極氧供應(yīng)不足的問題，同時電池保護(hù)網(wǎng)的設(shè)計解決了海水中的浮生藻類纏繞污染電池的問題。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種溶氧型海水電池，包括電池框架、板狀金屬陽極、板狀惰性陰極、集流部件及電流導(dǎo)線；電池框架由上底座和下底座構(gòu)成，上底座和下底座分別由外圓環(huán)及設(shè)置于其中部的固定件構(gòu)成，固定件與外圓環(huán)通過連接件固接，固定件、外圓環(huán)和連接件均為板狀；連接件為η個，連接件于外圓環(huán)的圓周上均勻分布、沿外圓環(huán)的徑向方向設(shè)置；η為彡2的正整數(shù)；上底座和下底座的連接件個數(shù)相同，且相對應(yīng)設(shè)置；在上底座連接件的下表面和下底座連接件的上表面分別沿外圓環(huán)的徑向方向?qū)?yīng)設(shè)置有凹槽，η個板狀金屬陽極的一端插置于上底座連接件的凹槽內(nèi)、另一端插置于下底座連接件的凹槽內(nèi)，板狀金屬陽極將上底座與下底座連接為一體，構(gòu)成圓柱狀或圓臺狀結(jié)構(gòu)；上述設(shè)計方式減小了電池系統(tǒng)的體積，增強(qiáng)了電池系統(tǒng)內(nèi)空間的有效利用率；沿外圓環(huán)的徑向方向、于板狀金屬陽極間插設(shè)有板狀惰性陰極；沿軸向方向看，板狀金屬陽極和板狀惰性陰極從固定件到外圓環(huán)呈交替的放射狀均勻排列，且η個板狀金屬陽極、η個板狀惰性陰極間均留有空隙；上述涉及方式增加了電池的有效面積，同時也增強(qiáng)了海水在電池內(nèi)部的流動性，有利于溶氧電池中氧的充足供給及電池有效容量的提高；板狀惰性陰極固接于上底座和下底座的固定件與外圓環(huán)上；于板狀惰性陰極的側(cè)邊上設(shè)置有金屬集流部件，該部件應(yīng)用可進(jìn)一步提高電流的收集能力，有利于降低電池系統(tǒng)的能量損失；采用電流導(dǎo)線將η個惰性陰極串聯(lián)焊接，構(gòu)成電池的陰極；采用電流導(dǎo)線將η個金屬陽極串聯(lián)焊接，構(gòu)成電池的陽極；沿軸向方向、于所述板狀惰性陰極兩側(cè)分別設(shè)置有兩片剛性夾緊板，板狀惰性陰極軸向方向上的兩個側(cè)邊固定于兩片剛性夾緊板中；在上底座和下底座的固定件與外圓環(huán)上、連接件間位置處分別對應(yīng)的設(shè)置有卡槽；板狀惰性陰極兩側(cè)的夾緊板兩端分別插置于上底座和下底座固定件的卡槽內(nèi)或外圓環(huán)的卡槽內(nèi)。該夾板及卡槽的設(shè)計一方面有利于提高電池陰極的剛性，避免其在海水的沖擊下造成破壞，另一方面也有利于陰極的固定，避免了穿孔等傳統(tǒng)的固定方式；所述兩片剛性夾緊板采用ABS (工程塑料)、PVC(聚氯乙烯)、PC(聚碳酸脂)、 ΡΕ(聚乙烯)、Ρ0Μ(聚甲醛)、ΡΡ(聚丙烯)、PS(聚苯乙烯)、ΡΑ(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)熱塑性材料；或采用剛性金屬材料即作為夾緊板、同時又作為金屬集流部件。于電池的圓柱狀或圓臺狀結(jié)構(gòu)的四周側(cè)面包裹有由耐海水腐蝕的絕緣材料制成的電池保護(hù)網(wǎng)，且在上底座的連接件間空隙處和下底座的連接件間空隙處也設(shè)置有由耐海水腐蝕的絕緣材料制成的電池保護(hù)網(wǎng)。該設(shè)計使電池在海水水下作業(yè)時得到了充分的保護(hù)，不易于被海水中的浮生藻類纏繞污染物，增強(qiáng)了電池系統(tǒng)的耐用性及使用壽命。所述電池上底座的固定件與下底座的固定件形狀大小相同；所述金屬陽極采用可拆卸式連接豎向扣合于凹槽內(nèi)或者采用可插拔式連接豎向插接于凹槽內(nèi)；金屬陽極為可更換式結(jié)構(gòu)；金屬陽極與連接件的連接凹槽內(nèi)設(shè)置有密封圈，以保證其固定牢固。所述電池框架是采用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)熱塑性材料注塑形成的。所述惰性陰極采用碳?xì)?、碳板、銅合金、碳鋼或以它們中的一種為基底的復(fù)合材料制成；所述金屬陽極是由Al、Mg、Li或Si之一，或它們中二種或二種以上的合金制備而成。所述金屬集流部件為導(dǎo)電金屬片；電流導(dǎo)線為采用耐海水腐蝕處理的電線或帶有耐海水腐蝕的絕緣材料包裹的電線；所述串聯(lián)焊接時，其焊接點上設(shè)有被耐海水腐蝕的絕緣材料包裹的包裹層。在上底座或下底座的固定件和/或外圓環(huán)上設(shè)有電流導(dǎo)線的容置槽，電流導(dǎo)線置于容置槽內(nèi)，容置槽采用耐海水腐蝕的絕緣材料密封，以降低串聯(lián)失效的風(fēng)險，避免短路， 保證電池的有效放電。所述作為電解液的海水還可為含有NaCl的鹽水湖水或河水。本發(fā)明與傳統(tǒng)技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點1.本發(fā)明所述電池具有緊湊的圓柱或圓臺結(jié)構(gòu)，減小了電池系統(tǒng)的體積，增強(qiáng)了電池系統(tǒng)內(nèi)空間的有效利用率；2.板狀金屬陽極和板狀惰性陰極從固定件到外圓環(huán)呈交替的放射狀均勻排列的方式，增加了電池的有效面積，同時增強(qiáng)了海水在電池內(nèi)部的流動性，有利于溶氧電池中氧的充足供給及電池有效容量的提高；3.電池系統(tǒng)中上底座或下底座的固定件或外圓環(huán)上電流導(dǎo)線容置槽的設(shè)計及焊接點上絕緣包裹層的設(shè)計保證了電池的有效串聯(lián)，解決了電池在海水中易短路的問題；4.由耐海水腐蝕的絕緣材料制成的電池保護(hù)網(wǎng)的設(shè)計，使電池得到了充分的保護(hù)，不易于被海水中的浮生藻類纏繞污染物，增強(qiáng)了電池系統(tǒng)的耐用性。


圖1為溶氧型海水電池整體結(jié)構(gòu)圖；圖2為溶氧型海水電池(a)板狀金屬陽極和(b)板狀惰性陰極細(xì)節(jié)圖；圖3為溶氧型海水電池集流部件細(xì)節(jié)圖；圖4為溶氧型海水電池(a)上底座和(b)去除電池保護(hù)網(wǎng)后的下底座細(xì)節(jié)圖；圖中1為電池框架；2為金屬陽極鎂板；3為惰性陰極碳?xì)郑?為集流不銹鋼片；5 為電流導(dǎo)線；6為上底座；7為下底座；8為外圓環(huán)；9為固定件；10為連接件；11為凹槽；12 為夾緊板；13為卡槽；14為電池保護(hù)網(wǎng)；15為電流導(dǎo)線容置槽。
具體實施例方式圖1-3為本發(fā)明所述溶氧型海水電池的一種，包括由ABS(工程塑料)板制成的電池框架1、金屬陽極鎂板2、惰性陰極碳?xì)?、集流不銹鋼片4和電流導(dǎo)線5 ；電池框架1由上底座6和下底座7構(gòu)成，上底座6和下底座7均由外徑為20cm、內(nèi)徑為18cm的外圓環(huán)8及設(shè)置于其中部的外徑為5. 5cm、內(nèi)徑為4cm的圓環(huán)固定件9構(gòu)成，固定件9與外圓環(huán)8通過徑向連接件10固接，固定件9、外圓環(huán)8和連接件10均為板狀，厚度為0. 8cm ；連接件10為八個，連接件10于外圓環(huán)8的圓周上均勻分布、每相鄰兩個連接件延長線組成的夾角為45° ；在上底座連接件10的下表面和下底座連接件10的上表面分別沿外圓環(huán)的徑向方向?qū)?yīng)設(shè)置有凹槽11，八個金屬陽極鎂板2的一端插置于上底座連接件10的凹槽內(nèi)、另一端插置于下底座連接件10的凹槽內(nèi)，金屬陽極鎂板2將上底座6與下底座7連接為一體， 構(gòu)成圓柱狀結(jié)構(gòu)；沿外圓環(huán)8的徑向方向、于金屬陽極鎂板2間插設(shè)有惰性陰極碳?xì)? ；沿軸向方向看，金屬陽極鎂板2和惰性陰極碳?xì)?從固定件9到外圓環(huán)8呈交替的放射狀均勻排列；惰性陰極碳?xì)止探佑谏系鬃拖碌鬃墓潭?與外圓環(huán)8上；于惰性陰極碳?xì)?的側(cè)邊上設(shè)置有集流不銹鋼片4 ；采用電流導(dǎo)線5將八個惰性陰極碳?xì)?串聯(lián)焊接，構(gòu)成電池的陰極；采用電流導(dǎo)線將八塊陽極鎂板串聯(lián)焊接，構(gòu)成電池的陽極；沿軸向方向、于碳?xì)?兩側(cè)分別設(shè)置有兩片由PVC(聚氯乙烯)制成的夾緊板12， 碳?xì)?軸向方向上的兩個側(cè)邊固定于夾緊板12中；在上底座和下底座的固定件9與外圓環(huán)8上、連接件間位置處分別對應(yīng)的設(shè)置有卡槽13;夾緊板12兩端分別插置于上底座和下底座固定件的卡槽內(nèi)13或外圓環(huán)的卡槽13 內(nèi)；于電池的圓柱狀結(jié)構(gòu)的四周側(cè)面及電池上、下底面的外側(cè)均包裹有由耐海水腐蝕的絕緣材料制成的電池保護(hù)網(wǎng)14 ；陽極鎂板采用可插拔式連接豎向插接于凹槽內(nèi)；陽極鎂板為可更換式結(jié)構(gòu)；陽極鎂板與連接件的連接凹槽內(nèi)設(shè)置有密封圈；電流導(dǎo)線為采用帶有耐海水腐蝕的絕緣材料包裹的電線；串聯(lián)焊接時，其焊接點上設(shè)有被耐海水腐蝕的絕緣材料包裹的包裹層；在上底座的固定件和外圓環(huán)上分別設(shè)有用于串聯(lián)陰極碳?xì)趾陀糜诖?lián)陽極鎂板的電流導(dǎo)線的容置槽15，電流導(dǎo)線5置于容置槽15內(nèi)，容置槽采用ABS (工程塑料)密封。
權(quán)利要求
1.一種溶氧型海水電池，其特征在于包括電池框架、板狀金屬陽極、板狀惰性陰極、 集流部件及電流導(dǎo)線；電池框架由上底座和下底座構(gòu)成，上底座和下底座分別由外圓環(huán)及設(shè)置于其中部的固定件構(gòu)成，固定件與外圓環(huán)通過連接件固接，固定件、外圓環(huán)和連接件均為板狀；連接件為 η個，連接件于外圓環(huán)的圓周上均勻分布、沿外圓環(huán)的徑向方向設(shè)置； η為彡2的正整數(shù)；上底座和下底座的連接件個數(shù)相同，且相對應(yīng)設(shè)置；在上底座連接件的下表面和下底座連接件的上表面分別沿外圓環(huán)的徑向方向?qū)?yīng)設(shè)置有凹槽，η個板狀金屬陽極的一端插置于上底座連接件的凹槽內(nèi)、另一端插置于下底座連接件的凹槽內(nèi)，板狀金屬陽極將上底座與下底座連接為一體，構(gòu)成圓柱狀或圓臺狀結(jié)構(gòu)；沿外圓環(huán)的徑向方向、于板狀金屬陽極間插設(shè)有板狀惰性陰極；沿軸向方向看，板狀金屬陽極和板狀惰性陰極從固定件到外圓環(huán)呈交替的放射狀均勻排列，且η個板狀金屬陽極、η個板狀惰性陰極間均留有空隙；板狀惰性陰極固接于上底座和下底座的固定件與外圓環(huán)上； 于板狀惰性陰極的側(cè)邊上設(shè)置有金屬集流部件，采用電流導(dǎo)線將η個惰性陰極串聯(lián)焊接，構(gòu)成電池的陰極；采用電流導(dǎo)線將η個金屬陽極串聯(lián)焊接，構(gòu)成電池的陽極。
2.如權(quán)利要求1所述電池，其特征在于沿軸向方向、于所述板狀惰性陰極兩側(cè)分別設(shè)置有兩片剛性夾緊板，板狀惰性陰極軸向方向上的兩個側(cè)邊固定于兩片剛性夾緊板中；在上底座和下底座的固定件與外圓環(huán)上、連接件間位置處分別對應(yīng)的設(shè)置有卡槽； 板狀惰性陰極兩側(cè)的夾緊板兩端分別插置于上底座和下底座固定件的卡槽內(nèi)或外圓環(huán)的卡槽內(nèi)。
3.如權(quán)利要求2所述電池，其特征在于兩片剛性夾緊板采用工程塑料、聚氯乙烯、聚碳酸脂、聚乙烯、聚甲醛、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、聚四氟乙烯、聚苯硫醚、聚醚醚酮或聚酰胺酰亞胺熱塑性材料；或采用剛性金屬材料即作為夾緊板、同時又作為金屬集流部件。
4.如權(quán)利要求1所述電池，其特征在于于電池的圓柱狀或圓臺狀結(jié)構(gòu)的四周側(cè)面包裹有由耐海水腐蝕的絕緣材料制成的電池保護(hù)網(wǎng)，且在上底座的連接件間空隙處和下底座的連接件間空隙處也設(shè)置有由耐海水腐蝕的絕緣材料制成的電池保護(hù)網(wǎng)。
5.如權(quán)利要求1所述電池，其特征在于上底座的固定件與下底座的固定件形狀大小相同；所述金屬陽極采用可拆卸式連接豎向扣合于凹槽內(nèi)或者采用可插拔式連接豎向插接于凹槽內(nèi)；金屬陽極為可更換式結(jié)構(gòu)；金屬陽極與連接件的連接凹槽內(nèi)設(shè)置有密封圈。
6.如權(quán)利要求1所述電池，其特征在于所述電池框架是采用工程塑料、聚氯乙烯、聚碳酸脂、聚乙烯、聚甲醛、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、聚四氟乙烯、聚苯硫醚、聚醚醚酮或聚酰胺酰亞胺熱塑性材料注塑形成的。
7.如權(quán)利要求1所述電池，其特征在于所述惰性陰極采用碳?xì)?、碳板、銅合金、碳鋼或以它們中的一種為基底的復(fù)合材料制成；所述金屬陽極是由Al、Mg、Li或Si之一，或它們中二種或二種以上的合金制備而成。
8.如權(quán)利要求1所述電池，其特征在于所述金屬集流部件為導(dǎo)電金屬片；電流導(dǎo)線為采用耐海水腐蝕處理的電線或帶有耐海水腐蝕的絕緣材料包裹的電線； 所述串聯(lián)焊接時，其焊接點上設(shè)有被耐海水腐蝕的絕緣材料包裹的包裹層。
9.如權(quán)利要求1所述電池，其特征在于在上底座或下底座的固定件和/或外圓環(huán)上設(shè)有電流導(dǎo)線的容置槽，電流導(dǎo)線置于容置槽內(nèi)，容置槽采用耐海水腐蝕的絕緣材料密封。
10.如權(quán)利要求1所述電池，其特征在于所述作為電解液的海水還可為含有NaCl的鹽水湖水或河水。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種溶氧型海水電池，包括電池框架、板狀金屬陽極、板狀惰性陰極、集流部件及電流導(dǎo)線，電池框架由上底座和下底座構(gòu)成，上底座和下底座分別由外圓環(huán)及設(shè)置于其中部的固定件構(gòu)成，固定件與外圓環(huán)通過連接件固接，n個板狀金屬陽極插置于連接件上，構(gòu)成圓柱狀或圓臺狀結(jié)構(gòu)，沿外圓環(huán)的徑向方向、于板狀金屬陽極間插設(shè)有板狀惰性陰極，板狀惰性陰極固接于上底座和下底座的固定件與外圓環(huán)上，采用電流導(dǎo)線分別將n個惰性陰極和n個金屬陽極串聯(lián)焊接，構(gòu)成電池的陰極和陽極。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，電極有效面積大、電池內(nèi)部海水流動性強(qiáng)，電池有效容量高；電池在工作過程中不易短路、不易被破壞污染、壽命長。
文檔編號H01M6/34GK102479961SQ20101056378
公開日2012年5月30日 申請日期2010年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月29日
發(fā)明者孫公權(quán), 楊少華, 王二東 申請人:中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所