一種電解液立式循環鋅空電池組的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種電解液立式循環鋅空電池組，包括箱體、頂板、鋅極支撐架、鋅陽極板、鋅極導電片、陽極接線柱、空氣陰極板、空氣極導電片和陰極接線柱。鋅陽極板和空氣陰極板與水平面呈大于0°且小于180°的夾角放置，改善了電極擺放方式所造成的產生電流強度不足的缺陷。同時鋅陽極板和空氣陰極板均采用可拆卸的形式，使后期維修、更換及拆卸更加簡便。鋅陽極板與空氣陰極板之間存在一定縫隙，當電解液水平液面的高度超過鋅陽極板的高度后，電解液由于重力作用沿縫隙以類似瀑布的形式落下。電解液下落過程中，接觸鋅陽極板和空氣陰極板，電池隨即放電。這樣提高了電池組空間利用率，產生更大的電流強度。
【專利說明】
一種電解液立式循環鋅空電池組
技術領域
[0001]本發明屬于電池組組裝領域，具體涉及一種電解液立式循環鋅空電池組。
【背景技術】
[0002]鋅空電池以其高能量、高功率密度、安全性和經濟性，成為近年來的研究熱點。相比于鋰電池，鋅空電池具有更高的能量，更低的價格，從而成為未來最有價值的動力電池。然而，由于現有的鋅空電池組的限制，使鋅空電池的放電電流密度達不到市場應用的要求。朱梅在文章《鋅空氣電池中空氣電極擺放方式的研究》中采用改變空氣電極的擺放方式以及優化電解液循環的方式改善電池性能。例如，對空氣電極臥式和立式擺放進行實驗后發現，立式擺放所產生的最大電流密度是臥式擺放的三倍有余。再有，電解液的濃度和溫度也會影響電極極片的導電率，當電池組放電時，發熱、電解液溶質變少等問題不可避免。因此，如何設計電池組結構使電極的擺放形式能夠產生較大的電流密度，如何將電池組內的熱量排除或者有計劃地利用，以及怎樣及時快速補充電解液，成為鋅空電池發展必須解決的問題。
【發明內容】
[0003]針對現有技術的不足，本發明擬解決的技術問題是，提供一種電解液立式循環鋅空電池組。該電池組中鋅陽極板和空氣陰極板的放置方式，改善了電極擺放方式所造成的產生電流強度不足的缺陷。鋅陽極板與空氣陰極板之間存在一定縫隙，當電解液水平液面的高度超過鋅陽極板的高度后，電解液由于重力作用沿縫隙以類似瀑布的形式落下。電解液下落過程中，接觸鋅陽極板和空氣陰極板，電池隨即放電。
[0004]本發明解決所述技術問題的技術方案是，提供一種電解液立式循環鋅空電池組，其特征在于所述電池組包括箱體、頂板、鋅極支撐架、鋅陽極板、鋅極導電片、陽極接線柱、空氣陰極板、空氣極導電片和陰極接線柱；
[0005]所述箱體和頂板密封連接，形成電池組的主體部分;所述鋅極支撐架為上端開口、底端封閉、兩側板與水平面呈大于0°且小于180°夾角的結構，鋅極支撐架的外側壁與箱體的內側壁密封連接，鋅極支撐架的底部和頂部與箱體之間均具有縫隙；每個鋅極支撐架之間不接觸;箱體的側壁底部開有電解液回流孔，開孔位置位于鋅極支撐架的封閉端內部;所述箱體側壁底部開有電解液入口；所述鋅陽極板安裝在鋅極支撐架的側板內側，鋅極導電片安裝在鋅陽極板的一端，將所有鋅陽極板串聯;所述頂板開有空氣口；所述空氣陰極板安裝在頂板上，位于空氣口外側和鋅極支撐架的內部，空氣陰極板與鋅陽極板之間有縫隙;所述空氣極導電片安裝在空氣陰極板一端，將所有空氣陰極板串聯;所述陽極接線柱安裝在頂板的通孔中，一端與鋅極導電片連接;所述陰極接線柱安裝在頂板的通孔中，一端與空氣極導電片連接。
[0006]與現有技術相比，本發明有益效果在于:
[0007](I)鋅陽極板和空氣陰極板與水平面呈大于0°且小于180°的夾角，改善了電極擺放方式所造成的產生電流強度不足的缺陷。同時鋅陽極板和空氣陰極板均采用可拆卸的形式，使后期維修、更換及拆卸更加簡便。
[0008](2)鋅陽極板與空氣陰極板之間存在一定縫隙，當電解液水平液面的高度超過鋅陽極板的高度后，電解液由于重力作用沿縫隙以類似瀑布的形式落下。電解液下落過程中，接觸鋅陽極板和空氣陰極板，電池隨即放電。這樣提高了電池組空間利用率，產生更大的電流強度。
[0009](3)電解液入口和電解液回流孔的使用實現了電解液在電池組內外部之間的循環，不僅改善了電池組在反應過程中發熱和電解液稀釋的缺陷，而且調節了電解液的溫度和濃度，使鋅空電池組能夠持續穩定的產生電能。
[0010](4)能夠通過調節空氣口的開閉或者電解液液面高低，達到控制電池組啟停的效果O
【附圖說明】
[0011]圖1是本發明電解液立式循環鋅空電池組實施例1的整體結構軸測示意圖；
[0012]圖2是本發明電解液立式循環鋅空電池組沿圖1中的A-A方向的剖視結構示意圖；
[0013]圖3是本發明電解液立式循環鋅空電池組實施例1的箱體軸測示意圖；
[0014]圖4是本發明電解液立式循環鋅空電池組沿圖3中的B-B方向的剖視結構示意圖；
[0015]圖5是本發明電解液立式循環鋅空電池組實施例1的頂板和空氣陰極板的軸測示意圖；
[0016]圖6是本發明電解液立式循環鋅空電池組圖5的局部放大示意圖；
[0017]圖7是本發明電解液立式循環鋅空電池組實施例1的電解液循環形式示意圖；(圖中:1、箱體;2、頂板;3、電解液入口； 4、鋅極支撐架;5、電解液回流孔;6、鋅陽極板;7、鋅極導電片;8、陽極接線柱;9、空氣口； 10、空氣陰極板；11、空氣極導電片；12、陰極接線柱；13、電解液導入管；14、電解液回流管；)
【具體實施方式】
[0018]下面給出本發明的具體實施例。具體實施例僅用于進一步詳細說明本發明，不限制本申請權利要求的保護范圍。
[0019]實施例1
[0020]—種電解液立式循環鋅空電池組(參見圖1-7，簡稱電池組)，包括箱體1、頂板2、鋅極支撐架4、鋅陽極板6、鋅極導電片7、陽極接線柱8、空氣陰極板10、空氣極導電片11和陰極接線柱12;
[0021]所述箱體I和頂板2密封連接，形成電池組的主體部分;所述鋅極支撐架4為U型結構，上端開口、下端封閉、兩側板豎直放置;鋅極支撐架4的外側壁與箱體I的內側壁密封連接，鋅極支撐架4的底部和頂部與箱體I之間均具有縫隙；每個鋅極支撐架4之間不接觸;箱體I的側壁底部開有電解液回流孔5，開孔位置位于鋅極支撐架4的U型結構的封閉端內部，作用是通過電解液回流管14將鋅極支撐架4內側的電解液導出到電池組外環境;所述箱體I側壁底部開有電解液入口 3，外部電解液通過電解液導入管13和電解液入口 3流入電池組內部;所述鋅陽極板6安裝在鋅極支撐架4的U型結構的側板內側，鋅極導電片7安裝在鋅陽極板6的一端，將所有鋅陽極板6串聯;所述頂板2開有空氣口 9，使空氣能夠進入電池組內部；所述空氣陰極板10安裝在頂板2上，位于空氣口 9外側和鋅極支撐架4的內部，空氣陰極板10與鋅陽極板6之間有縫隙，用于電解液流入;所述空氣極導電片11安裝在空氣陰極板10 —端，將所有空氣陰極板10串聯;所述陽極接線柱8安裝在頂板2的通孔中，一端與鋅極導電片7連接，作用是集合鋅極導電片7所產生的電流，將正極電流導出至箱體外部，以供使用;所述陰極接線柱12安裝在頂板2的通孔中，一端與空氣極導電片11連接，作用是集合空氣極導電片11所產生的電流，將陰極電流導出至箱體外部，以供使用；
[0022]空氣口的數量、鋅極支撐架的數量和電解液回流孔的數量相同；鋅陽極板的數量是鋅極支撐架的數量的兩倍，空氣陰極板的數量是鋅極支撐架的數量的兩倍。
[0023]實施例2
[0024]—種電解液立式循環鋅空電池組(簡稱電池組)，包括箱體1、頂板2、鋅極支撐架4、鋅陽極板6、鋅極導電片7、陽極接線柱8、空氣陰極板10、空氣極導電片11和陰極接線柱12;
[0025]所述箱體I和頂板2密封連接，形成電池組的主體部分;所述鋅極支撐架4為V型結構，上端開口、下端封閉、兩側板與水平面呈45°夾角;鋅極支撐架4的外側壁與箱體I的內側壁密封連接，鋅極支撐架4的底部和頂部與箱體I之間均具有縫隙;每個鋅極支撐架4之間不接觸;箱體I的側壁底部開有電解液回流孔5，開孔位置位于鋅極支撐架4的V型結構的封閉端內部，作用是通過電解液回流管14將鋅極支撐架4內側的電解液導出到電池組外環境;所述箱體I側壁底部開有電解液入口 3，外部電解液通過電解液導入管13和電解液入口 3流入電池組內部;所述鋅陽極板6安裝在鋅極支撐架4的V型結構的單側側板內側，鋅極導電片7安裝在鋅陽極板6的一端，將所有鋅陽極板6串聯;所述頂板2開有空氣口 9，使空氣能夠進入電池組內部;所述空氣陰極板10安裝在頂板2上，位于鋅極支撐架4的內部、空氣口 9單側外偵U，空氣陰極板10與鋅陽極板6之間有縫隙，用于電解液流入;所述空氣極導電片11安裝在空氣陰極板10—端，將所有空氣陰極板10串聯;所述陽極接線柱8安裝在頂板2的通孔中，一端與鋅極導電片7連接，作用是集合鋅極導電片7所產生的電流，將正極電流導出至箱體外部，以供使用;所述陰極接線柱12安裝在頂板2的通孔中，一端與空氣極導電片11連接，作用是集合空氣極導電片11所產生的電流，將陰極電流導出至箱體外部，以供使用；
[0026]空氣口的數量、鋅極支撐架的數量、鋅陽極板的數量、空氣陰極板的數量和電解液回流孔的數量相同。
[0027]所述鋅空電池組內部材料，除鋅陽極板和空氣陰極板外，均使用不會與電解液反應的材料。
[0028]本發明電解液立式循環鋅空電池組的工作原理和工作流程是:
[0029]安裝方式:將鋅陽極板6安裝于鋅極支撐架4上，空氣陰極板10安裝在頂板2上。鋅陽極板6與鋅極導電片7相連導電，鋅極導電片7與陽極接線柱8相連。空氣陰極板10與空氣極導電片11相連導電，空氣極導電片11與陰極接線柱12相連。最后，將箱體I和頂板2經過密封處理后組合安裝，形成電池組主體部分。
[0030]工作流程:電池組工作前期，外部栗體將電解液通過電解液導入管13導入箱體I中，由于鋅極支撐架4的兩側板與水平面呈大于0°且小于180°的夾角放置，所以此時電解液不會直接進入鋅極支撐架4內部，電解液液面會逐步上升至與鋅極支撐架4上端高度相同。當電解液液面高度超過鋅極支撐架4上端高度時，電解液就會受重力作用，由鋅陽極板6與空氣陰極板10之間的縫隙流下，如同“瀑布”形式，電解液由上而下流入鋅極支撐架4內部。電解液在鋅陽極板6與空氣陰極板10之間的縫隙流過的期間，電池開始工作，電池所產生的電流，通過鋅極導電片7和空氣極導電片11集合起來，經過各自接線柱導出。電解液經過縫隙后到達鋅極支撐架4的底部，由電解液回流孔5經電解液回流管14導出，回流至外部栗體部分。
[0031]本發明在使用過程中使得電池組停止放電的方式有兩種，一是關閉頂板2上空氣口 9，使得兩個均位于同一個鋅極支撐架4內部的空氣陰極板10之間的空隙與外界空氣隔絕;二是控制電解液的液面高低，即電池組內部電解液液面高度低于鋅極支撐架4頂部，電解液不能流入鋅極支撐架4內部，從而使電池組停止放電。
[0032]本發明未述及之處適用于現有技術。
【主權項】
1.一種電解液立式循環鋅空電池組，其特征在于所述電池組包括箱體、頂板、鋅極支撐架、鋅陽極板、鋅極導電片、陽極接線柱、空氣陰極板、空氣極導電片和陰極接線柱； 所述箱體和頂板密封連接，形成電池組的主體部分;所述鋅極支撐架為上端開口、底端封閉、兩側板與水平面呈大于0°且小于180°夾角的結構，鋅極支撐架的外側壁與箱體的內側壁密封連接，鋅極支撐架的底部和頂部與箱體之間均具有縫隙；每個鋅極支撐架之間不接觸;箱體的側壁底部開有電解液回流孔，開孔位置位于鋅極支撐架的封閉端內部;所述箱體側壁底部開有電解液入口；所述鋅陽極板安裝在鋅極支撐架的側板內側，鋅極導電片安裝在鋅陽極板的一端，將所有鋅陽極板串聯;所述頂板開有空氣口；所述空氣陰極板安裝在頂板上，位于空氣口外側和鋅極支撐架的內部，空氣陰極板與鋅陽極板之間有縫隙;所述空氣極導電片安裝在空氣陰極板一端，將所有空氣陰極板串聯;所述陽極接線柱安裝在頂板的通孔中，一端與鋅極導電片連接;所述陰極接線柱安裝在頂板的通孔中，一端與空氣極導電片連接。2.根據權利要求1所述的電解液立式循環鋅空電池組，其特征在于空氣口的數量大于等于鋅極支撐架的數量；電解液回流孔的數量大于等于鋅極支撐架的數量;鋅陽極板的數量大于等于鋅極支撐架的數量，空氣陰極板的數量大于等于鋅極支撐架的數量。3.根據權利要求1所述的電解液立式循環鋅空電池組，其特征在于所述鋅極支撐架為上端開口、底端封閉、兩側板與水平面呈90°夾角的結構。
【文檔編號】H01M12/06GK105914430SQ201610488444
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年6月23日
【發明人】關玉明, 邱子楨, 朱博, 肖艷軍, 許波
【申請人】河北工業大學