技术领域

本发明涉及电池技术领域， 具体涉及一种利用微流体技术实现多电解液结 构的新型电 池。

背景技术

电池（Battery)指盛有电解质溶液和金属电极以� ��生电流的杯、 槽或其他容器或复合容 器的部分空间， 能将化学能转化成电能的装置， 利用电池作为能量来源， 可以得到具有稳定 电压，稳定电流，长时间稳定供电，受外界影 响很小的电流，并旦电池结构简单，携带方便 ， 充放电操作简便易行， 不受外界气候和温度的影响， 性能稳定可靠， 在现代社会生活中的各 个方面发挥有很大作用。

目前，市场上已商业化的电池，如锂离子电池 、铅酸电池、镍锌电池以及金属空气电池， 主要以单电解液为主。然而单电解液的电池结 构存在两大技术 题： （1 )由于电池的阴极、 阳极均直接插入同一电解液中， 因此电池阴极、 阳极材料必须同时与该单电解液兼容， 在开 发新电池时， 大大限制了电池阴极、 阳极林料的选择范围； （2 ) 单电解液的成分和浓度很 难保证电池使用过程中阴极和阳极的电化学反 应同时达到最佳状态（最大活性） ， 不利于电 池发挥其最佳的电化学性能。 发明内容 本发明的目的在于钎对现有技术的不足提供一 种利用微流体技术实现多电解液结构的 新型电池， 不仅极大的拓展了电池阴、 阳极材料的选择范围， 而且有利于电池阴、 阳极的电 化学反应同时达到最佳状态， 显著提高其电化学性能。

本发明通过以下技术方案实现该目的： 一种利用微流体技术实现多电解液结构的新型 电 池， 包括阳极板、 阴极板以及处于流动 状态的电解液， 所述电解液包括阳极电解液、 阴极电解液以及桥电解液， 还包括分别用于输 送阳极电解液、 阴极电解液以及桥电解液流动的阳极管道、 阴极管道和桥管道， 所述阳极板 与阳极管道连通并与阳极电解液接触， 所述阴极板与阴极管道连通并与阴极电解液接 触， 所 述桥管道在对应于阳极板、 阴极板处分别与阳极管道、 阴极管道连通构成一离子传导内腔。 其中， 所述阳极电解液、 阴极电解液以及桥电解液在离子传导内腔中的 流向相同。 其 中， 所述阳极电解液、 阴极电解液以及桥电解液在离子传导 f¾腔中呈分层流动状态。 进一步的， 所述离子传导内腔中设置有多孔隔膜， 所述多孔隔膜设置于桥管道与阳极管 道之间或 /和桥管道与阴极管道之间。 其中， 所述阳极板与阳极电解液兼容， 所述阴极板与阴极电解液兼容。

作为优选的，所述阳极板为锌片 ,所述阴极板为空气电极（ Gas Diffusion Electrode， GDE)。 作为优选的， 所述阳极电解液为 KOH溶液， 所述阴极电解液为盐酸溶液。

作为进一步优选的， 所述 KOH溶液的浓度为 l〜6mol/L。 作为进一步优选的， 所述盐酸溶液的浓度为 l〜6mo3/L。 作为优选的方案， 所述桥电解液为 l〜4mol/L的氯化钾溶液。 相对于现有技术， 本发明的有益效果为： 本发明的利用微流体技术实现多电解液结构的 新型电池， 包括阳极板、 阴极板以及处于流动状态的电解液， 所述电解液包括阳极电解液、 阴极电解液以及桥电解液， 还包括分别用于输送阳极电解液、 阴极电解液以及桥电解液流动 的阳极管道、 阴极管道和桥管道， 所述阳极板与阳极管道连通并与阳极电解液接 触， 所述阴 极板与阴极管道连通并与阴极电解液接触， 所述桥管道在对应于阳极板、 阴极板处分别与阳 极管道、 阴极管道连通构成一离子传导内腔， 所述阳极板、 阴极板分别与阳极电解液、 阴极 电解液接触并发生电化学反应， 所述桥电解液分别与阳极电解液、 阴极电解液传导离子， 不 仅极大的拓展了电池阴、 阳极材料的选择范围， 而 11有利于电池阴、 阳极的电化学反应同时 达到最佳状态， 显著提高其电化学性能。

階图说明

图 1为实施例 1三电解液结构的新型电池的结构示意图。

图 2为实施例 2王电解液结构的新型电池的结构示意图。

图中： 1-阳极板， 2-阴极板， 3-阳极电解液， 4 阴极电解液， 5-桥电解液， 6-多孔隔膜。 具体实施方式

以下结合附图及具体实施例对本发明进行详细 描述。

实施例 1。 如图 i所示， 本实施例的一种利 K微流体技术实现三电解液结钩的新型电池， 包括阳极 板 1、 阴极板 2 以及处于流动状态的电解液， 所述电解液包括阳极电解液 3、 阴极电解液 4 以及桥电解液 5, 还包括分别 ffl于输送阳极电解液 3、 阴极电解液 4以及桥电解液 5流动的 阳极管道、 阴极管道和桥管道， 所述阳极板 1与阳极管道连通并与阳极电解液 3接触， 所述 阴极板 2与阴极管道连通并与阴极电解液 4接触， 所述桥管道在对应于阳极板 1、 阴极板 2 处分别与阳极管道、 阴极管道连通构成一离子传导内腔。

本实施例的阳极板 1、 阴极板 2分别与阳极电解液 3、 阴极电解液 4接触并发生电化学 反应， 所述桥电解液 5分别与阳极电解液 3、 阴极电解液 4选择性的传导离子， 电池阴极和 阳极材料不需要同时与一种电解液兼容， 相反， 本实施例的阴极板 2只需与阴极电解液 4兼 容， 所述阳极板 1只需与阳极电解液 3兼容， 从而在开发新的电池体系时， 极大地拓宽了阴 极和阳极材料的选择范围； 可以分别调整阳极电解液 3、 阴极电解液 4的成分和浓度来保证 电池在使用过程中阳极板 1和阴极板 2参与的电化学反应同^达到最佳状态 （最大活性） ， 认而显著提高电池的电化学性能。

其中，所述阳极电解液 3、阴极电解液 4以及桥电解液 5在离子传导内腔中的流向相同， 所述阳极电解液 3、 阴极电解液 4以及桥电解液 5在离子传导内腔中呈分层流动状态， 为了 保证电解液处于层流状态而不发生湍流现象， 可通过雷诺数 Re的范围确定各电解液的流动 速度， 所述各电解液的流动速度有泵体进行控制。

Re=p vd/μ

其中， v、 p 、 μ分别为电解液的流速、 密度与黏性系数， d为一特征长度， 例如电解 液流过圆形管道， 则 d为管道的当量直径。

其中， 本实施例的三电解液结构电池中， 所述阳极管道、 桥管道和阴极管道的尺寸相 同， 均为 3ffimX 40mmX lffim (长 X宽 X高） ， 所述阳极电解液 3、 桥电解液 5、 以及阴极 电解液 4的流速相同， 均为 0.065 mi ming

其中， 所述阳极板 1与阳极电解液 3兼容， 所述阴极板 2与阴极电解液 4兼容， 解决了 现有技术中阳极材料、 阴极材料必须同时与单电解液兼容， 而导致的限制材料选择的技术问 题。 作为优选的， 所述阳极板 1为锌片， 所述阴极板 2为空气电极。

作为优选的， 所述阳极电解液 3为 KOH溶液， 所述阴极电解液 4为盐酸溶液。

作为进一步优选的， 所述 KOH溶液的浓度为 l〜6mol/L。

作为进一步优选的， 所述盐酸溶液的浓度为 l〜6mo】/L。 作为优选的方案， 所述桥电解液 5为 l〜4m ₀ l/L的氯化钾溶液。

实施例 2。

本实施例提供一种利用微流体技术实现四电解 液或更多电解液结构的新型电池，本实施 例与实施例 1的区别在于： 所述桥管道及桥电解液 5可包括多个， 所述多个桥电解液 5共同 构成连通阳极电解液 3与阴极电解液 4之间的离子传导通道。 本实施例的其它技术特征同实施例 1， 在此不再迸行赘述。

实施例 3。

如图 2所示， 本实施例与实施例 1 区别在于： 所述离子传导内腔中设置有多孔隔膜 6， 所述多孔隔膜 6设置于桥管道与阳极管道之间或 I和桥管道与阴极管道之间，所述多孔隔膜 6不仅能够防 ±各电解液在离子传导内腔中形成湍流现象， 保证各电解液接触面处于层流状 态， 而且有利于控制各电解液之间的混合程度， 提高电池的电化学性能。

本实施例的其它技术特征同实施例 1， 在此不再进行赘述。

实施例 4、 电化学性能试验

按照实施例 1所述的方案， 阳极板 1选用锌片、 阴极板 2选用空气电极、 阳极电解液 3 选用浓度为 6mol/L的 KOH溶液、 阴极电解液 4选用浓度为 6mo3/L的盐酸溶液、 桥电解液

5选 ffl 3moi/L的氯化钾溶液， 分别制作四个多电解液电池， 作为实验组 1〜4； 按照现有技 术的常规方案， 阳极选 ffl锌片、 阴极选用空气电极、 电解液选用 6niDl/L的 KOH溶液， 分别 制作四个单电解液电池， 作为对照组 1〜4， 分别对实验组、 对照组电池的开路电压和最大 输出功率进行测量， 实验测量结果如表 1所示。 表 1 实验测量结果

由表 1测量结果可知：本发明的多电解液电池的开� �电压以及最大输出功率均明 显优于 传统的单电解液电池， 表明本发明的多电解液电池相比传统的单电解 液电池， 在电化学性能 上具有显著的提升。 以上所述实施例仅表达了本发明的部分实施方 式， 其摇述较为具体和详细， 但并 不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。 应当指出的是， 对于本领域的普通技术 人员来说， 在不脱离本发明构思的前提下， 还可以做出若干变形和改进， 这些都属于 本发明的保护范围。 因此， 本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准 。