专利名称:流动式锌空气燃料电池的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种流动式锌空气燃料电池，包含：由一放电管路及一连接于放电管路的充电管路共同构成一封闭式管路，其中，放电管路包含一呈现可流动的泥状样态的锌电极，由锌电极的外围包覆一金属集电管，金属集电管的外围包覆一隔离膜，隔离膜的外围包覆一空气电极，于空气电极的外围包覆一具有多个供空气进入空气电极的通孔的壳体，放电管路及充电管路之间设有至少一驱动装置，当锌电极于放电管路中氧化后，由驱动装置将锌电极推动至充电管路中，锌电极于充电管路中逐渐被还原，再由驱动装置将锌电极推动至放电管路中，据此，本实用新型形成一持续性循环产生电能的氧化还原反应。
【专利说明】流动式锌空气燃料电池
【技术领域】
[0001]本实用新型有关于一种锌材料与空气进行氧化还原反应的燃料电池，尤指一种将负极(阳极)锌材料设计为可流动泥状样态与空气进行反应的锌空气燃料电池，让燃料电池在毋须补充或替换负极(阳极)材料或清除废料的情况下能够持续性地进行氧化还原反应。
【背景技术】
[0002]能源是国民经济发展的动力，也是衡量综合国力，国家文明发展程度和人民生活水平的重要指标，社会进步的历史表明，每一次能源技术的创新突破都给生产力的发展和社会的进步带来了重大而深远的变革，证明能源科技非常的重要，对未来新兴产业有重要影响力。
[0003]对于二十一世纪来说，环境保护已成为人类社会永续发展为前提之下须即刻关心的世界公共课题，是持续发展战略的核心，是影响当前世界各国的能源决策和科技导向的关键因素，同时，它也是促进能源科技发展的巨大推动力，20世纪所建立起来的庞大能源系统已无法适应未来社会对高效、清洁、经济、安全的能源体系的要求，能源发展正面临着巨大的挑战。
[0004]随着高分子电池的发及，新技术的开发，使得不同种类的高分子电池增加。同时也由于应用3C产品领域的扩及，使得更薄、更轻、更小的电池也将成为市场的主流。以固态高分子为固态电解质的电池，其在安全性、加工性以及在高温使用下都有非常好的优点，因为不用担心电解液因为封装不完备，或是因为电池放置时间过长导致隔离膜内电解液的减少影响电池性能，以及在高温下使用能够拥有较好的性能，这也就是固态高分子电池将会是将来电池发及很重要的突破。
[0005]电池的种类能够概分为化学电池及物理电池两大类，而化学电池又能够再细分为一次电池、二次电池及燃料电池三种，其中，燃料电池又称作连续电池，其特色在于正、负极并无活性物质的存在，而须通过外部持续地提供便能持续不断地放电，正极(阴极)的部分由空气14或氧气进行氧化反应，据此，无毒害等环保问题的燃料电池又称作高效率的绿色能源。
[0006]人类文明发展直至1970年代末期，高效率的锌空气电池由工业大量生产并能够广泛应用低功率的电子产品中，例如:助听器及计算器等。1980年代至今，大型的锌空气电池逐渐地成为主流应用于汽车，1990年代更应用于电动车中。
[0007]而在各类型的电池型态中，其中锌空气电池是现令所有以电解液为基础的电池系统中能量密度最高者，除了安全可靠之外，锌空气电池还具备了低材料成本与易回收、低污染等优点。一般锌空气电池是以氢氧化钾为电解液，为了提高氧化锌在电解液中的溶解度以防止电池极化现象，一般锌空气电池使用的氢氧化钾莫耳浓度可高达8莫耳(M)。
[0008]由传统旧式的整块锌块作为负极(阳极)发展至现有技术较常用的种类主要可分为锌板型电极I及锌粒子型电极2，皆为不可充电式的原电池，请参阅图1所示，锌板型是将锌金属作成板状11，其主要是包括有一板状11的锌阳极板12、以及阴极板13，其中该锌阳极板12作为负极(阳极)同时作为锌空气电池的燃料。该锌空气电池是以空气14中的氧为氢原子的去极剂，空气14是由阴极板13的侧面扩散进入该锌空气电池结构中。该锌阳极板12 —般是容置在一充满电解液的电池容器中。此型式电池可以借着交换卡匣式的锌电极配合电解液而再生。该锌阳极板12及阴极板13分别凸伸出有一连接凸片，以供连接引线。
[0009]其中，锌板型电极I除了能够由一密实的锌金属板所制成之外，还能够由一多孔性的锌金属板所制成(图未示)。前述多孔性的锌金属板的制造可以藉由烧结、涂布、混合一高分子黏结剂、黏合或电镀等方式，将锌颗粒固定于一网状的惰性金属基板上来完成，前述多孔性的锌金属板所构成的阳极的孔洞大小及分布状态会影响该阳极的性能及其的电容量的流失。
[0010]相对而言，请参阅图2所示，锌粒子型电极2为应用于锌空气电池单体中，以填注的锌颗粒21或锌粉末(图未示)作为阳极以作为燃料，其工作原理与前述锌阳极板12的工作原理相似，空气14同样地是由阴极板13的侧面扩散进入该锌空气电池结构中，当该锌颗粒21或锌粉末反应完之后，只要经过适当的填充即又可使该电池单体继续供应所需的电力。
[0011]锌粒子型电极2的锌空气电池通常应用于小型钮扣电池，其具有作为电子助听器用的电池组的特定用途，该助听器包括可程序化型助听器。此种小型电池通常为碟状圆筒形。
[0012]然而，现有的锌粒子型电极2的运用是直接使多个锌金属粒子分散于一电解液22 (electrolyte)中，再加上一电流收集器作为电极，以构成一锌空气电池，且为避免该等锌金属粒子沉淀至该电解液22的底部，而影响放电的稳定度，通常会加入一可使该电解液22形成胶状的添加剂，例如:羧酸甲基纤维素(carboxymethyl cellulose)，以使该等锌金属粒子可均匀分散于该电解液22中。
[0013]总结前述现有技术锌空气电池皆具备的缺失为:(I)燃料经过反应完毕后将产生完全氧化必须替换或补充的燃料及可能产生污染环境的废料，须再加以额外填充或替换之；(II)阳极的燃料为固态或半固态的型式，接触空气反应的面积有限。
实用新型内容
[0014]本实用新型的主要目的在于提供一种将锌空气燃料电池的锌电极设计为一可流动样态，使锌电极在封闭式管路中的放电管路与充电管路之间循环流动，并持续性地进行氧化放电与还原充电的化学能转电能的反应，藉此毋须补充或更换其电池内部的材料，亦不会产生多余废料，既经济环保且零污染。
[0015]本实用新型的次要目的在于锌空气燃料电池采用管状设计配合可流动式锌电极，当锌电极受到驱动装置作用产生流动变化，尚未反应的锌电极将大幅增加与氧气接触的总面积比进而提升燃料电池的放电功率。
[0016]本实用新型的又一目的在于驱动装置与充电管路分别设计为一对氧化锌进行还原反应的正、负电极，藉以简化锌空气燃料电池的管路设计。
[0017]为达所述目的，本实用新型流动式锌空气燃料电池，由一封闭式管路构成，所述封闭式管路具有一放电管路及一连接于所述放电管路的充电管路，所述封闭式管路设有一可流动并呈现为泥状样态的锌电极，所述放电管路及充电管路之间设有至少一驱动装置，由所述驱动装置池续性地推动所述锌电极于所述放电管路及充电管路中流动，且所述放电管路进一步设有一加速所述锌电极流动位移的加压装置。
[0018]其中，所述锌电极设为一包含有锌金属的化合物或混合物所构成，所述锌金属可设为锌颗粒或锌粉末的其中之一或其混合。
[0019]而且，所述驱动装置设有一驱动源及一被所述驱动源以单一方向驱动并进行来回位移动作的螺杆。
[0020]当所述锌电极于所述放电管路中氧化后，由所述驱动装置将所述锌电极推动至所述充电管路中，所述锌电极于所述充电管路中逐渐被还原，再由所述驱动装置将所述锌电极推动至所述放电管路中形成一持续性循环产生电能的氧化还原反应。
[0021]再者，由所述锌电极的外围包覆一金属集电管，所述金属集电管的材料设为由铜或镍其中之一所制成，所述金属集电管的外围包覆一隔离膜，所述隔离膜的外围包覆一空气电极，于所述空气电极的外围包覆一具有多个供空气进入所述空气电极的通孔的壳体，此由一层完整地包覆于另一层的特点配合本实用新型设计为管路的样态使得空气或氧气能够由本实用新型的外部的所有角度进入与内部的锌电极接触，再说明之，由于本实用新型的锌电极设为可流动的材料并通过驱动装置及加压装置让锌电极能够流动替换实际上接触到正极(阴极)的空气或氧气的机会，大幅地提升负极(阳极)接触正极(阴极)进行氧化反应的面积。
[0022]此外，本实用新型于一较佳实施例中，所述充电管路具有一与所述壳体连接的金属网，由所述螺杆及所述金属网设为一组能够将所述充电管路中的氧化后的锌电极进行还原反应的正负电极。
[0023]相对而言，本实用新型于另一较佳实施例中，所述充电管路具有一与所述壳体连接的金属管路，且所述金属管路中进一步设有一中空的金属杆件，由所述金属管路及所述金属杆件设为一组能够将所述充电管路中氧化后的的锌电极进行还原反应的正负电极，其中，所述金属杆件表面具有多个气孔，当氧化后的锌电极经还原后产生的氧气将进入金属杆件的气孔导引排出。
[0024]由前述说明可知，本实用新型的特点在于:当锌电极(负极)流经放电管路氧化放电后，由驱动装置将锌电极由放电管路推动至充电管路中，锌电极于充电管路流动时逐渐被还原充电，再由驱动装置将还原后的锌电极再推动至放电管路中，由此路径形成一持续性循环产生电能的氧化还原反应，使本实用新型毋须再补充或手工更换其燃料电池内部的负极材料，亦不会产生可能有害环境的废料，既经济环保又能增加燃料电池的使用期限。
【附图说明】
[0025]图1为现有带有板状锌电极的锌空气电池的立体图；
[0026]图2为现有带有锌颗粒的锌空气电池单体的剖视图；
[0027]图3为本实用新型流动式锌空气燃料电池的结构示意图；
[0028]图4为本实用新型充电管路局部区段的立体图；
[0029]图5为图4的剖视图；
[0030]图6为本实用新型驱动装置配合充电管路进行还原反应的示意图；
[0031]图7为本实用新型充电管路单独进行还原反应的示意图。
[0032]附图标记说明:1---锌板型电极；11----板状；12---锌阳极板；13---阴极板；
14空气；2锌粒子型电极；21锌颗粒；22电解液；3流动式锌空气燃料电池；31封闭式管路；32—锌电极；33集电管；4放电管路；41金属集电管；42隔离膜；43空气电极；44壳体；441通孔；5充电管路；51金属管路；52金属杆件；53金属网；6驱动装置；61螺杆；7加压装置。
【具体实施方式】
[0033]兹为便于更进一步对本实用新型的构造、使用及其特征有更深一层明确、详实的认识与了解，爰举出较佳实施例，配合图示详细说明如下:
[0034]请参照图3及图4所示，本实用新型流动式锌空气燃料电池3由一封闭式管路31构成，由外部的空气或氧气(图示中箭头的部分)从圆弧管状的各个角度进入内部，主要包含有一放电管路4、一充电管路5及至少一驱动装置6三部分，所述充电管路5连接于所述放电管路4的相对两末端，于本实用新型较佳实施例中，由两个驱动装置6分别设于所述放电管路4及充电管路5之间。
[0035]由于本实用新型锌空气燃料电池3中使用的负极(阳极)电极为一可流动并呈现为泥状样态的锌电极32，通过所述驱动装置6将所述锌电极32由所述放电管路4中推移至所述充电管路5中，当所述锌电极32流动至所述充电管路5的末端时，再通过所述驱动装置6将所述锌电极32由所述充电管路5朝向所述放电管路4进行推移使其位移。
[0036]而且，为了确保所述锌电极32于所述放电管路4中的流动性及移动速率，而进一步于本实用新型放电管路4设置一加压装置7，所述加压装置7能够设为放出气泡式装置或加压帮浦，而能够于所述锌电极32中打入气泡增加所述锌电极32于所述放电管路4中的流动性及均匀性，或者是当所述锌电极32通过加压帮浦时，通过加压帮浦的对锌电极32施压确保流动性。
[0037]其中，所述锌电极32设为一包含有锌金属的化合物或混合物所构成，所述锌金属可设为锌颗粒或锌粉末的其中之一或其混合。
[0038]另外，请再参照图4所示，为了确保所述放电管路4中的锌电极32，所述放电管路4的相对左右两端延伸分别形成一将本实用新型所产的电能导出收集的集电管33。
[0039]请参照图5所示，所述放电管路4是由所述锌电极32的外围完整地包覆一金属集电管41，所述金属集电管41的外围再完整地包覆一隔离膜42，所述隔离膜42的外围完整地包覆一空气电极43，于所述空气电极43的外围另完整地包覆一壳体44，所述壳体44具有多个供空气或氧气进入所述空气电极43的通孔441，所述金属集电管41的材料设为由铜或镍其中之一所制成。
[0040]请参照图6所示，本实用新型于一较佳实施例中，所述充电管路5具有一与所述壳体44连接的金属管路51，而所述金属管路51中进一步设有一中空的金属杆件52，所述驱动装置6设有一驱动源及一被所述驱动源以单一方向驱动并进行来回位移动作的螺杆61，又所述螺杆61设为为塑料材料制成，所述金属管路51及所述金属杆件52设为一组带有相反电性的正负电极，由所述充电管路5的金属管路51作为正极(阴极)，相对于此，由所述充电管路5的金属杆件52作为负极(阳极)。
[0041]当所述锌电极32通过所述放电管路4而经空气或氧气反应转变成为氧化过的锌电极32，所述氧化的锌电极32便能够于通过所述充电管路5时，通过所述金属管路51及金属杆件52共同将所述锌电极32逐渐地还原，最后离开所述充电管路5的锌电极32即可进入所述放电管路4中重新与空气或氧气进行化学能转化成电能的过程，此持续性地于本实用新型封闭式管路31中循环地流动位移的同时进行氧化还原反应，能够达到避免补充或更换其燃料电池内部的锌电极的材料，长时间持续性地自体运转产生电能，是谓符合零污染环保的绿能源。
[0042]此外，于所述充电管路5中将锌电极32进行还原反应的过程中，由于所述金属杆件52表面具有多个气孔同时其中心设为中空结构的样态，当氧化后的锌电极32经还原后所产生的氧气将进入金属杆件52的气孔再由中空结构导引排出于所述充电管路5。
[0043]请再参照图7所示，本实用新型充电管路5于另一较佳实施例中，所述充电管路5具有一与所述壳体44连接的金属网53，所述驱动装置6的螺杆61另设为金属材料制成，由所述金属网53及所述螺杆61设为一组带有相反电性的正负电极，换句话说，由所述充电管路5的金属网53作为带有正电子的正极(阴极)，相对于此，再由所述驱动装置6的螺杆61作为带有负电子的负极(阳极)，当所述锌电极32通过所述放电管路4而经空气或氧气转变成为氧化后的锌电极32，所述氧化的锌电极32便能够于通过所述充电管路5时，通过所述金属网53及螺杆61共同将所述锌电极32逐渐地被还原，最后离开所述充电管路5的锌电极32即可进入所述放电管路4中重新与空气或氧气进行化学能转化成电能的过程。
[0044]再进一步说明，所述于所述充电管路5中将锌电极32进行还原反应的过程中，所产生的氧气通过所述金属网53的孔洞缝隙扩散排出所述充电管路5。
[0045]除此之外，相对于现有包含有锌颗粒21的胶状的电解液22的锌粒子型电极2，其胶状的电解液22于锌粒子型电极2中并不具有流动性的技术特征，相较于此，本实用新型流动式锌空气燃料电极3的锌电极32设为流动式的泥状，再配合所述驱动装置6及加压装置7驱使所述锌电极32持续性于所述封闭式管路31中流动，其流动的同时能够让所述锌电极32的表面确实与空气或氧气接触，而大幅地提升反应的面积，最终达到提升本实用新型流动式锌空气燃料电池3放电的效能。
[0046]以上说明对本实用新型而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效，但都将落入本实用新型的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种流动式锌空气燃料电池，其特征在于其包含:由一封闭式管路构成，所述封闭式管路具有一放电管路及一连接于所述放电管路的充电管路，所述放电管路设有一能够流动并呈现为泥状样态的锌电极，由所述锌电极的外围包覆一金属集电管，所述金属集电管的外围包覆一隔离膜，所述隔离膜的外围包覆一空气电极，于所述空气电极的外围包覆一具有多个供空气进入所述空气电极的通孔的壳体；又所述放电管路及充电管路之间设有至少一驱动装置，当所述锌电极于所述放电管路中氧化后，由所述驱动装置将所述锌电极推动至所述充电管路中，所述锌电极于所述充电管路中逐渐被还原，再由所述驱动装置将所述锌电极推动至所述放电管路中形成一持续性循环产生电能的氧化还原反应。2.根据权利要求1所述的流动式锌空气燃料电池，其特征在于:所述金属集电管的材料设为由铜或镍其中之一所制成。3.根据权利要求1所述的流动式锌空气燃料电池，其特征在于:所述驱动装置设有一驱动源及一被所述驱动源以单一方向驱动并进行来回位移动作的螺杆。4.根据权利要求3所述的流动式锌空气燃料电池，其特征在于:所述充电管路具有一与所述壳体连接的金属网，由所述螺杆及所述金属网设为一组能够将所述充电管路中的氧化后的锌电极进行还原反应的正负电极。5.根据权利要求1所述的流动式锌空气燃料电池，其特征在于:所述充电管路具有一与所述壳体连接的金属管路，且所述金属管路中进一步设有一金属杆件，由所述金属管路及所述金属杆件设为一组能够将所述充电管路中的氧化后的锌电极进行还原反应的正负电极。6.根据权利要求5所述的流动式锌空气燃料电池，其特征在于:所述金属杆件表面具有多个气孔，当氧化后的锌电极经还原后产生的氧气将进入所述金属杆件的气孔导引排出。7.根据权利要求1所述的流动式锌空气燃料电池，其特征在于:所述放电管路进一步设有一加速所述锌电极流动位移的加压装置。
【文档编号】H01M12-06GK204303948SQ201420743387
【发明者】廖文煌 [申请人]廖文煌