空气电池单体以及空气电池堆的制作方法

本实用新型涉及燃料电池的技术领域，特别是涉及一种空气电池单体以及空气电池堆。

背景技术：

金属空气电池也称为金属燃料电池，是一种将金属材料的化学能量直接转换为电能的化学电源。

铝空气电池就是金属空气电池的一种。由于铝空气电池具有能量密度高(理论能量密度可达8046Wh/kg)、价格低廉、资源丰富(铝占整个地壳总重量7.45％)、环保(副产物氢氧化铝可回收再利用)等优势，因此受到国内外研究人员高度关注。

现有的铝空气电池单体通常是设置一个进液孔和一个出液孔，电解液“下进上出”或者“上进下出”，电解液从进液孔注入，通过出液孔回收多余的电解液，由于铝空气电池在放电过程中不但需要消耗铝，还需要消耗大量的水，反应过程中产生的氢气以及生成偏铝酸盐或者白色泥浆状的氢氧化铝沉淀物都无法顺利排出，而电池内部气体较多容易造成电池鼓胀，严重可发生爆炸，同时，电池工作过程中消耗水会导致电解液液位下降，使得电池内部的应力增大，沉淀物无法及时排除会导致管道堵塞。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种空气电池单体以及空气电池堆，能及时补充消耗的水避免电解液液位下降，且能同时兼顾排除气体和沉淀物，保证空气电池的安全可靠工作。

为了解决上述问题，本实用新型提供一种空气电池单体，包括电池壳体、两个空气电极以及片状的金属阳极，所述电池壳体设有内腔，所述金属阳极设于所述内腔中，两个所述空气电极分别设于所述电池壳体相对的两侧且与所述内腔连通；

所述电池壳体上设有与所述内腔连通的第一连接孔、第二连接孔和第三连接孔，所述第一连接孔位于所述电池壳体的上部，所述第二连接孔位于所述电池壳体的中部，所述第三连接孔位于所述电池壳体的底部。

进一步优选地，所述金属阳极位于两个所述空气电极之间，且所述金属阳极的一端设于所述内腔中，另一端凸出在所述电池壳体外。

进一步优选地，所述金属阳极为铝阳极。

进一步优选地，所述电池壳体为扁平式壳体。

进一步优选地，所述第一连接孔、所述第二连接孔以及所述第三连接孔环设在所述空气电极的外周。

为了解决同样的技术问题，本实用新型还提供一种空气电池堆，包括至少两个上述任一技术方案所述的空气电池单体，相邻两个所述空气电池单体之间串联。

进一步优选地，所述电池壳体包括第一扁平面和第二扁平面，两个所述空气电极分别设于所述第一扁平面和所述第二扁平面上；

所述第二扁平面上分别朝外凸出设有第一连接柱、第二连接柱以及第三连接柱，所述第一连接孔设于所述第一连接柱上，所述第二连接孔设于所述第二连接柱上，所述第三连接孔设于所述第三连接柱上。

进一步优选地，所述第一连接柱、所述第二连接柱以及所述第三连接柱沿所述空气电池单体串联的方向凸出，且所述第一连接柱、所述第二连接柱以及所述第三连接柱与相邻的所述空气电池单体的第一扁平面连接。

本实用新型提供一种空气电池单体，包括电池壳体、设置在电池壳体相对两侧的两个空气电极以及设置在电池壳体内腔中的金属阳极，电池壳体上设有与内腔连通的第一连接孔、第二连接孔以及第三连接孔，第一连接孔设置在电池壳体的上部，第一连接孔用于排出空气电池工作过程中析出的氢气和补充空气电池工作过程中被消耗的水，避免电池因为电解液液位下降而导致输出功率下降进而影响电池的正常工作，由于氢气相对分子质量最小，能保证工作过程中产生的氢气完全从上部溢出，避免电池内部气体较多而发生鼓胀或爆炸；中部的第二连接孔作为电解液的进液孔用于注入空气电池反应所需的电解液；底部的第三连接孔作为空气电池工作过程中电解液的出液孔，用来排出废旧电解液，以便于对空气电池单体的维护，第三连接孔同时可用来排出沉淀在底部的沉淀物，避免沉淀物堵塞管道，保证空气电池正常工作，而且，当底部的第三连接孔被沉淀物堵塞时，可以将第一连接孔作为排出电解液的备用孔，以保证空气电池长时间正常运转。

本实用新型还提供一种空气电池堆，包括至少两个空气电池单体，每一空气电池单体上均设有连接凸起，相邻的两个空气电池单体通过连接凸起串联，以在保证空气电池的安全可靠工作前提下，同时保证电池堆的正常工作供给电压。

附图说明

图1是本实用新型实施例中的空气电池单体的主视示意图；

图2是本实用新型实施例中的空气电池单体的后视示意图；

图3是本实用新型实施例中的空气电池单体的侧视示意图；

图4是本实用新型实施例中的空气电池堆的结构示意图。

图中，100、空气电池单体；11、电池壳体；11a、第一扁平面；11b、第二扁平面；12、空气电极；13、金属阳极；101、第一连接孔；102、第二连接孔；103、第三连接孔；104、第一连接柱；105、第二连接柱；106、第三连接柱。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

结合图1～3所示，示意性地显示了本实用新型实施例的一种空气电池单体100，包括电池壳体11、两个空气电极12以及片状的金属阳极13，金属阳极13可以为领域通常使用的金属阳极13，优选为Al-Mg合金、Al-In合金或Al-Sn合金的铝阳极，电池壳体11优选为扁平式壳体，也可以为平板型或层压型壳体，在此不做具体限定；电池壳体11设有内腔，金属阳极13设于内腔中，两个空气电极12作为辅助电极分别设于电池壳体11相对的两侧且与内腔连通，空气电极12是用具有疏水性高分子材料(如聚四氟乙烯等)作为电极材料的胶粘剂，根据燃料电池的原理制作成具有多孔性、一定的防水性、较好的导电性、高的活性表面积和高的催化活性的一种电极，在常压下使气体和电解液在微孔中处于平衡状态，形成稳定的气-液-固三相界面，在控制一定电位的条件下使发生电化学反应。电解液注入内腔中，金属阳极13设于内腔中以在空气电极12的催化作用下与内腔中的电解液发生反应，电池壳体11上设有与内腔连通的第一连接孔101、第二连接孔102和第三连接孔103，第一连接孔101位于电池壳体11的上部，第二连接孔102位于电池壳体11的中部，第三连接孔103位于电池壳体11的底部。

具体地，金属阳极13失去电子，与电解液中的氢氧根反应生成氢氧化物，氧气在空气电极12与电解液的界面反应得到电子生成氢氧根，第一连接孔101设置在电池壳体11的上部，第一连接孔101用于排出空气电池工作过程中析出的氢气，由于氢气相对分子质量最小，能保证工作过程中产生的氢气完全从上部溢出，避免电池内部气体较多而发生鼓胀或爆炸，而且，第一连接孔101还可用于补充空气电池工作过程中被消耗的水，避免电池因为电解液液位下降而导致输出功率下降进而影响电池的正常工作，第一连接孔101也可用于检测液位、温度和pH值，保证空气电池的正常工作，在空气电池工作结束后，还可通过上部的第一连接孔101通入清洗液以清洗沉积在管道内的沉淀物，由于第一连接孔101设置在上部，清洗液从上部通入可保证清洗质量；电池壳体11中部的第二连接孔102作为电解液的进液孔用于注入空气电池反应所需的电解液；底部的第三连接孔103作为空气电池工作过程中的电解液的出液孔，用来排出废旧电解液，以便于对空气电池单体100的维护，第三连接孔103同时可用来排出沉淀在底部的沉淀物，避免沉淀物堵塞管道，保证空气电池正常工作，而且，当底部的第三连接孔103被沉淀物堵塞时，可以将第一连接孔101作为排出电解液的备用孔，此时电池壳体11内部电解液为“下进上出”模式，仍然可以长时间正常运转，其稳定性较高。

进一步地，金属阳极13位于两个空气电极12之间，且金属阳极13的一端设于内腔中，另一端穿过电池壳体11而凸出在电池壳体11外，金属阳极13与空气电极12之间存在间隙，从而在金属阳极13与空气电极12之间能填充电解液，使得空气电极12和金属阳极13之间形成电流通路。

优选地，第一连接孔101、第二连接孔102以及第三连接孔103环设在空气电极12的外周，以减少与空气电极12的结构干涉，保证空气电极12的效率。

参照图4所示，本实用新型实施例还提供一种空气电池堆，包括至少两个空气电池单体100，相邻两个空气电池单体100之间串联，以在保证空气电池安全可靠工作的前提下，同时保证电池堆的正常工作供给电压，所需串联的空气电池单体100的数量根据具体负载所需的电压确定。

进一步地，电池壳体11包括第一扁平面11a和第二扁平面11b，两个空气电极12分别设于第一扁平面11a和第二扁平面11b上，从而增大空气电极12与电解液的接触面积，提高放电效率；第二扁平面11b上朝外凸出设有第一连接柱104、第二连接柱105以及第三连接柱106，第一连接孔101设于第一连接柱104上，第二连接孔102设于第二连接柱105上，第三连接孔103设于第三连接柱106上，也即，第一连接柱104设于第二扁平面11b的上部，第二连接柱105设于第二扁平面11b的中部，第三连接柱106设于第二扁平面11b的底部，通过设置朝外凸出的第一连接柱104、第二连接柱105和第三连接柱106以便能更好地实现管道连接，同时能进一步减少与空气电极12的结构干涉。

进一步优选地，第一连接柱104、第二连接柱105以及第三连接柱106沿空气电池单体100串联的方向凸出，且第一连接柱104、第二连接柱105以及第三连接柱106与相邻的空气电池单体100的第一扁平面11a连接，具体串联时，第一个空气电池单体100的第二扁平面11b与相邻的空气电池单体100的第一扁平面11a相对，第一个空气电池单体100的第二扁平面11b上的第一连接柱104、第二连接柱105以及第三连接柱106通过压力或者粘接剂连接在相邻的空气电池单体100第一扁平面11a上，以此类推，以实现将多个空气电池单体100串联，从而保证相邻两个空气电池单体100之间存在空隙，空气在第一连接柱104、第二连接柱105以及第三连接柱106之间的空隙中流动，保证空气电极12的ORR催化剂能高效的发生电化学反应。

综上，本实用新型提供一种空气电池单体100，包括电池壳体11、设置在电池壳体11相对两侧的两个空气电极12以及设置在电池壳体11内腔中的金属阳极13，电池壳体11上设有与内腔连通的第一连接孔101、第二连接孔102以及第三连接孔103，第一连接孔101设置在电池壳体11的上部，第一连接孔101用于排出空气电池工作过程中析出的氢气和补充空气电池工作过程中被消耗的水，避免电池因为电解液液位下降而导致输出功率下降进而影响电池的正常工作，由于氢气相对分子质量最小，能保证工作过程中产生的氢气完全从上部溢出，避免电池内部气体较多而发生鼓胀或爆炸；中部的第二连接孔102作为电解液的进液孔用于注入空气电池反应所需的电解液；底部的第三连接孔103作为空气电池工作过程中的电解液的出液孔，用来排出电解液，第三连接孔103同时可用来排出沉淀在底部的沉淀物，避免沉淀物堵塞管道，保证空气电池正常工作，而且，当底部的第三连接孔103被沉淀物堵塞时，可以将第一连接孔101作为排出电解液的备用孔，以保证空气电池长时间正常运转。

本实用新型还提供一种空气电池堆，包括至少两个空气电池单体100，每一空气电池单体100上均设有连接凸起，相邻的两个空气电池单体100通过连接凸起串联，以在保证空气电池的安全可靠工作前提下，同时保证电池堆的正常工作供给电压。

应当理解的是，本实用新型中采用术语“第一”、“第二”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语，这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本实用新型范围的情况下，“第一”信息也可以被称为“第二”信息，类似的，“第二”信息也可以被称为“第一”信息。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本实用新型的保护范围。