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CN2379923Y | 2000-05-24 | |||
CN101814643A | 2010-08-25 | |||
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沈阳科苑专利商标代理有限公司 (CN)
1. 一种用于水下的串联型金属 /氧气电池堆, 其特征在于: 包括氧气传输腔、 n个结构 和尺寸相同的单体金属 /氧气电池; n为 5=2的正整数; 氧气传输腔为中空的密闭腔体结构, n个结构和尺寸相同的单体电池依次平行并列设 置, 单体电池均与氧气传输腔相固接; 单体电池包括中空的长方体壳体、 板状金属阳极和板状惰性阴极; 一板状金属阳极四周周边固定于长方体壳体内部,并与壳体的一侧表面相平行,两片板 状惰性阴极平行置于板状金属阳极的两侧、并其四周周边固定于长方体壳体内部, 两片板状 惰性阴极与板状金属阳极之间、 以及与阴极板体平行的长方体壳体侧壁面之间均留有空隙; 由两片板状惰性阴极分别与板状金属阳极、以及垂直于阴极板面的长方体壳体壁面分别构成 两个独立的电解液腔; 于两个独立的电解液腔的长方体壳体上壁面上分别设有开口, 长方体 壳体的上端开口位于两个独立的电解液腔的正上方, 且开口处覆盖有疏水透气层; 两片板状 惰性阴极分别与其远离金属阳极侧且与其相平行的长方体壳体壁面、以及垂直于阴极板面的 长方体壳体壁面分别构成两个独立的氧气腔; 两片板状惰性阴极通过导线电连接; 氧气传输腔的腔体与 n个单体电池的 2η个氧气腔相连通, 用于为电堆传输氧气; n个 单体电池的阳极和阴极通过电流导线电路串联连接。 2. 按照权利要求 1所述电池堆, 其特征在于: n个结构相同的单体电池依次平行地垂 直固接于氧气传输腔的一侧壁面上。 3. 按照权利要求 1或 3所述电池堆, 其特征在于: 两片板状惰性阴极以对称的方式平行置于板状金属阳极的两侧。 4. 按照权利要求 1所述电池堆, 其特征在于: 电解液腔的长方体壳体壁面上方设置有 一配有塞体的注液孔, 用于注入电解液。 5. 按照权利要求 1所述电池堆, 其特征在于: n个结构相同的单体电池在氧气传输腔上组装时, 相邻单体电池之间留有空隙, 作为海 水流动空间。 6. 按照权利要求 1所述电池堆, 其特征在于: 氧气传输腔的腔体与外界的氧气瓶管路连接、或与氧气泵的出气口管路连接; n个单体 电池串联连接时采用的电流导线置于一保护罩内。 7. 按照权利要求 1所述电池堆, 其特征在于: 金属阳极是由 Al、 Mg、 Li或 Zn之一、 或它们中二种或二种以上的合金制备而成的板 体, 惰性阴极采用碳毡、碳板、铜合金、碳钢或以它们中的一种为基底的复合材料制成的板 体。 |
舰
本发明涉及化学电源, 具体地说是一种用于海水或淡水中的金属 /氧气电池堆。 背景技术
随着海洋及淡水水下探测的日益深入,水下用 电子设备对电源的需求日益增加。种类繁 多的电子设备要求电池具有容量大、 功率高、 稳定性好等特点。 常规的一次电池, 如锌锰、 锌银等, 价格高、 而且质量和体积比能量低, 储存性能差。 如果用铅酸、 镍氢、 锂离子等二 次电池, 一方面, 受其额定容量限制, 电池的水下连续使用时间有限; 另一方面, 在深海工 作时, 需将电池密封于耐压容器中进行保护, 尤其是锂离子电池, 增加了系统的复杂性。
金属 /氧气电池利用盐水或碱液作为电解质, 具有在水下使用的阳极为镁、 铝金属或合 金, 阴极氧化剂为氧气、 过氧化氢。 该类电池的优点有: 一、 能量密度高。 由于这类电池可 由海水直接提供电解质, 因此其理论质量比能量高达数百瓦时每千克。 二、 原料来源丰富。 镁、铝均为地球储量大的金属元素, 且价格低廉。 三、 储存性能好。 该类电池在不接触电解 质 (如海水) 时处于不激活状态, 其储存性能好, 储存时间长达数年。 由于单体金属 /氧电 池的工作电压只有 1-1.5V, 无法满足用电设备的较高额定电压的需求, 而使用 DC-DC升压 电路则会大大降低电池的效率。 因此, 需要将若干金属 /氧电池串联起来, 以获得更高的输 出电压。 但是, 金属 /氧电池工作时阳极会发生析氢反应, 在水下特别是海水中使用时, 需 同时解决氢气排出和串联过程中由于离子导通 引起的漏电流问题。 此外, 金属 /氧电池堆在 工作时会排出大量的热量, 电池堆的散热也是影响系统可靠运行的关键因 素。 发明内容
本发明针对现有技术的不足,提供一种金属 /氧电池堆结构, 该电池堆结构通过对单体电 池的封闭设计并在单体电池外壳侧面上方设置 注液孔, 使电池可使用较高浓度的电解液(氯 化钠或氢氧化钾), 同时也解决了由于离子导通而引起的漏电流的 问题; 在顶部设置用于分 割外界海水的疏水透气层, 解决了金属 /氧电池在海水或淡水中的排气问题; 将金属 /氧电池 单体间进行分割, 在单体间留出海水可自由进出的空间, 利用海水在单池表面的流动降低电 堆温度, 保证电池堆的可靠运行。
为实现上述目的, 本发明采用的技术方案为:
一种用于水下的串联型金属 /氧气电池堆, 包括氧气传输腔、 n个结构和尺寸相同的单体 金属 /氧气电池; n为 5=2的正整数;
氧气传输腔为中空的密闭腔体结构, n个结构和尺寸相同的单体电池依次平行并列 置, 单体电池均与氧气传输腔相固接; 单体电池包括中空的长方体壳体、 板状金属阳极和板状惰性阴极;
一板状金属阳极四周周边固定于长方体壳体内 部, 并与壳体的一侧表面相平行, 两片板 状惰性阴极平行置于板状金属阳极的两侧、并 其四周周边固定于长方体壳体内部, 两片板状 惰性阴极与板状金属阳极之间、 以及与阴极板体平行的长方体壳体侧壁面之间 均留有空隙; 由两片板状惰性阴极分别与板状金属阳极、以 及垂直于阴极板面的长方体壳体壁面分别构成 两个独立的电解液腔; 于两个独立的电解液腔的长方体壳体上壁面上 分别设有开口, 长方体 壳体的上端开口位于两个独立的电解液腔的正 上方, 且开口处覆盖有疏水透气层; 两片板状 惰性阴极分别与其远离金属阳极侧且与其相平 行的长方体壳体壁面、以及垂直于阴极板面的 长方体壳体壁面分别构成两个独立的氧气腔; 两片板状惰性阴极通过导线电连接; 氧气传输腔的腔体与 n个单体电池的 2η个氧气腔相连通, 用于为电堆传输氧气; n个单 体电池的阳极和阴极通过电流导线电路串联连 接。
所述 n个结构相同的单体电池依次平行地垂直固接 氧气传输腔的一侧壁面上。 所述两片板状惰性阴极以对称的方式平行置于 板状金属阳极的两侧。
所述电解液腔的长方体壳体壁面上方设置有一 配有塞体的注液孔, 用于注入电解液。 所述 n个结构相同的单体电池氧气传输腔上组装时 相邻单体电池之间留有空隙, 作为 海水流动空间。
所述氧气传输腔的腔体与外界的氧气瓶管路连 接、 或与氧气泵的出气口管路连接; n个 单体电池串联连接时采用的电流导线置于一保 护罩内。
所述金属阳极是由 Al、 Mg、 Li或 Zn之一、 或它们中二种或二种以上的合金制备而成 板体, 惰性阴极采用碳毡、碳板、铜合金、 碳钢或以它们中的一种为基底的复合材料制成 的 板体。
本发明与传统技术相比, 具有以下优点:
1.通过在金属 /氧电池顶部设置疏水透气层, 使阳极析出氢气顺利排出, 并阻隔海水, 实 现电池在水下的串联使用。
2.封闭式的单池结构使电池可以使用较高浓度 盐水或碱液, 提高电池的性能, 避免漏 电流的产生。
3.单池间分割设计, 海水可进入每个电池两侧表面, 利用海水的流动, 及时排走电池热 量, 解决电池的散热问题。 國翻
图 1用于水下的串联型金属 /氧气电池堆整体结构图。
图 2用于水下的串联型金属 /氧气电池堆俯视图。
图 3用于水下的串联型金属 /氧气电池堆侧视图。
图 4用于水下的串联型金属 /氧气电池堆串联连接示意图。
图 5用于水下的串联型金属 /氧气电池堆内部结构示意图。 图 6镁 /氧气电池堆恒流工作时的温度变化曲线。
图 7镁 /氧气电池堆工作时的极化曲线和功率曲线。
图中, 1为氧气传输腔; 2为单体电池; 3为单体电池间用于海水流动的栅格; 4为疏水 透气层; 5为注液孔; 6为板状金属阳极; 7为板状惰性阴极; 8为电解液腔; 9为氧气腔; 10为电流导线。 具体实施方式
图中 1-3为本发明所述用于水下的金属 /氧气电池堆的一种, 包括由 ABS塑料版制成的 氧气传输腔 1和 11个结构相同的单体电池 2。 氧气传输腔 1为中空的密闭腔体结构, 11个 结构相同的单体电池 2依次平行地于单体电池 2中垂直于极板的两个侧壁面上对称的与两个 相同的氧气传输腔 1固接; 11个结构相同的单体电池在氧气传输腔上组装 ,单体电池之间 留有空隙, 作为海水流动栅格 3;
图 5为用于水下的串联型金属 /氧气电池堆内部结构示意图。板状金属阳极 6固定于长方 体壳体内部, 两片板状惰性阴极 7以对称的方式平行置于板状金属阳极 6的两侧、并固定于 长方体壳体内部, 两片板状惰性阴极 7与板状金属阳极 6之间、 以及与阴极板体垂直方向的 长方体壳体侧壁面之间均留有空隙; 由板状金属阳极 6、 两片板状惰性阴极 7、 以及垂直于 阴极板面的长方体壳体壁面分别构成两个独立 的电解液腔 8, 于两个独立的电解液腔的长方 体壳体上壁面上设有开口, 长方体壳体的上端开口位于两个独立的电解液 腔的正上方, 且开 口处覆盖有疏水透气层 4; 电解液腔 8的长方体壳体壁面上方设置有配有塞体的注 孔 5, 用于注入电解液。两片板状惰性阴极 7与长方体壳体间的空隙分别构成两个独立的 气腔 9; 两片板状惰性阴极 7通过电流导线 W电路串联连接, 且电流导线 10置于一保护罩内; 氧 气传输腔 1的腔体与氧气瓶管路连接。
本实施例中电堆的金属阳极采用镁铝合金板, 惰性阴极采用碳毡。 电堆在 30 mA/cm 2 恒 流放电下, 电池内的温度变化曲线如图 6所示, 从图中可以看出, 在电堆运行 2小时内, 电 堆温度可控制在 4(TC ,表明单体电池串联连接时之间留有利于海水 动的栅格,可以有效的 帮助电堆排热, 控制电堆工作过程中的温度保持在合适区间。
图 7为串联的镁 /氧气电池堆工作时的极化曲线和功率曲线。 由图可见, 电堆开路电压为 17.7V,单体电池平均开路电压为 1.61V。表明封闭的单体电池结构的设计完全可 避免漏电 流引起的电压损失。
Next Patent: CATHODE USED FOR METAL-AIR CELL, AND PREPARATION METHOD THEREFOR