非循环式金属燃料电池单体及电堆的制作方法

1.本实用新型涉及燃料电池技术领域，更加具体来说，本实用新型涉及一种非循环式金属燃料电池单体及电堆。


背景技术：

2.金属燃料电池单体是电池堆发电的基本单元，在单体内空气电极和金属电极在电解液的传导下，将化学能转换成电能，并经过正负极接线口输出，单体可经过串并联组成需要的电压供电。单体作为化学反应的场所，需要考虑空气的流通以及电解液的存储。而目前的金属燃料电池都是采用多个电池单体串联或并联，电解液在多个电池单体之间循环流动使用，如果需要更换电解液或者其中一个或几个电池单体存在问题，则需要停止发电进程，更换全部电池单体内的电解液，或拆卸电解液连接管路、更换相应的电池单体，操作繁琐，影响发电效率。


技术实现要素：

3.针对现有技术的不足，本实用新型创新地提供了一种非循环式金属燃料电池单体，电池单体为独立的封闭结构，下壳体可反复使用，只需要更换燃料(空气电极、阳极金属板和电解液)，拆卸过程和接线简单且操作方便，便于串并联使用；负极接线柱不仅可以接线，还能固定连接阳极金属板和盖板，保证阳极金属板固定牢固且安装到位，避免与空气电极接触，保证电化学反应效率和发电效率，且能实现阳极金属板的快速安装和拆卸。
4.为实现上述的技术目的，本实用新型第一方面公开了一种非循环式金属燃料电池单体，包括下壳体、盖板、阳极金属板、空气电极、正极接线柱和负极接线柱，
5.所述下壳体为顶部设有开口且内部中空的腔体结构，所述下壳体的至少一个面为格栅式结构，所述下壳体的格栅式结构面的内表面或外表面可拆卸固定有所述空气电极，所述空气电极封闭格栅式结构面的孔洞，所述下壳体的腔体内插入所述阳极金属板，所述空气电极与所述阳极金属板之间具有间隔距离，所述空气电极与所述下壳体围成的腔体内注有电解液，所述盖板密封盖设在所述下壳体的顶部开口处，
6.所述正极接线柱的底端与所述空气电极压接，所述正极接线柱的顶端与所述盖板连接且突出于所述盖板，
7.所述负极接线柱分别连接所述阳极金属板和所述盖板且顶端突出于所述盖板，所述负极接线柱包括螺柱、螺母和压接板，所述压接板呈l型，所述压接板的其中一个侧板上设有连接孔，所述压接板的另一个侧板与所述螺柱的一端连接，所述盖板上开设有供所述螺柱穿过的第一孔，所述阳极金属板上开设有与所述连接孔对应的第二孔，所述压接板与所述螺柱连接的侧板压在所述阳极金属板的顶部且位于阳极金属板和所述盖板之间，所述螺柱穿过所述第一孔，所述螺母螺纹连接在所述螺柱处于盖板上方的柱体上将盖板压紧在螺母与所述压接板之间，所述压接板与所述阳极金属板通过穿过所述连接孔和所述第二孔的连接件连接。
8.进一步地，所述连接件为螺栓螺母组件。
9.进一步地，所述空气电极为膜结构，所述空气电极胶粘在所述下壳体的格栅式结构面上。
10.进一步地，所述正极接线柱包括接线柱本体和限位块，所述限位块套设在所述接线柱本体的中部，所述盖板上设有供所述接线柱本体下部穿过的第三孔，所述接线柱本体穿过所述第三孔后限位块压在所述盖板的上方且所述接线柱本体下部压在所述空气电极上。
11.进一步地，所述接线柱本体的下部柱体上可拆卸连接有压紧块。
12.进一步地，所述下壳体的顶部设有加宽加高裙边。
13.进一步地，所述下壳体的相对的两个面为格栅式结构。
14.进一步地，所述盖板与下壳体之间设有密封圈。
15.为实现上述的技术目的，本实用新型第二方面公开了一种电堆，包括多个第一方面所述的非循环式金属燃料电池单体，多个非循环式金属燃料电池单体串联或并联。
16.本实用新型的有益效果为：
17.本实用新型的非循环式金属燃料电池单体为独立的封闭结构，下壳体可反复使用，只需要更换燃料(空气电极、阳极金属板和电解液)，拆卸过程和接线简单且操作方便，便于串并联使用；负极接线柱不仅可以接线，还能固定连接阳极金属板和盖板，保证阳极金属板固定牢固且安装到位，避免与空气电极接触，保证电化学反应效率和发电效率，且能实现阳极金属板的快速安装和拆卸。
附图说明
18.图1是本实用新型实施例的非循环式金属燃料电池单体的结构示意图。
19.图2是本实用新型实施例的非循环式金属燃料电池单体的内部视图。
20.图3是图2的a-a向剖视图。
21.图4是本实用新型另一实施例的非循环式金属燃料电池单体的前视图。
22.图5是图4的b-b向剖视图。
23.图6是本实用新型实施例的盖板的结构示意图。
24.图7是本实用新型实施例的正极接线柱的结构示意图。
25.图8是本实用新型实施例的负极接线柱的前视图。
26.图9是本实用新型实施例的负极接线柱的侧视图。
27.图10是本实用新型实施例的电堆的结构示意图。
28.图中，
29.1、下壳体；2、盖板；21、第一孔；22、第三孔；3、阳极金属板；4、空气电极；5、正极接线柱；51、接线柱本体；52、限位块；53、压紧块；6、负极接线柱；61、螺柱；62、螺母；63、压接板；64、连接孔；7、加宽加高裙边。
具体实施方式
30.下面结合说明书附图对本实用新型提供的非循环式金属燃料电池单体及电堆进行详细的解释和说明。
31.本实施例具体公开了一种非循环式金属燃料电池单体，如图1-5所示，包括下壳体1、盖板2、阳极金属板3、空气电极4、正极接线柱5和负极接线柱6，下壳体1为顶部设有开口且内部中空的腔体结构，下壳体1的至少一个面为格栅式结构，下壳体1的格栅式结构面的内表面或外表面可拆卸固定有空气电极4，空气电极4封闭格栅式结构面的孔洞，下壳体1的腔体内插入阳极金属板3，空气电极4与阳极金属板3之间具有间隔距离，空气电极4与下壳体1围成的腔体内注有电解液，盖板2密封盖设在下壳体1的顶部开口处。盖板2、空气电极4和壳体围成一个密封的电解液存储腔体，配合空气电极4和阳极金属板3进行电化学反应。
32.下壳体1的面设置为格栅式结构，一方面增大空气进气量，提高发电效率，另一方面起到支撑空气电极4的作用，避免由于阳极金属板3安装倾斜和/或空气电极4向内变形造成的阴极与阳极接触，从而造成接触部位电池短路和/或电解液流动受阻，进而造成金属燃料电池单体局部过热。
33.如图1-3所示，空气电极4固定在格栅式结构面的内表面上；如图4和5所示，空气电极4固定在格栅式结构面的外表面上。作为更优选的实施例，空气电极4固定在格栅式结构面的外表面上，便于拆卸和更换。
34.在本实施例中，下壳体1的相对的两个面为格栅式结构。以金属燃料电池为铝空气电池为例，阳极金属板3为铝板，两个空气电极对应设置在铝板板面的两侧。
35.在本实施例中，空气电极4为膜结构，空气电极4胶粘在下壳体1的格栅式结构面上。采用耐碱性腐蚀的胶水粘贴在格栅式结构面的表面上，保证粘贴强度和密封性。在本实施例中，空气电极4包括依次设置的催化层、集流体和疏水层，催化层更靠近阳极金属板3。
36.如图1-5所示，下壳体1的顶部设有加宽加高裙边7。加宽加高裙边7位于格栅式结构的上方，作为气体排出和液体收集的腔体。盖板2可固定在加宽加高裙边7围成的腔体内部，通过螺栓螺母与加宽加高裙边7可拆卸密封连接。盖板2与下壳体之间设有密封圈，提高密封性。如图6所示，盖板2的边部设有6个连接耳，连接耳上开设有通孔，通过穿过通孔和加宽加高裙边7上的螺栓并通过螺栓上螺纹连接的螺母实现可拆卸连接。
37.正极接线柱5的底端与空气电极4压接，正极接线柱5的顶端与盖板2连接且突出于盖板2，用于接线。如图1-3所示，正极接线柱5的顶端突出于加宽加高裙边7的顶部，便于接线。
38.如图3和7所示，正极接线柱5包括接线柱本体51和限位块52，限位块52套设在接线柱本体51的中部，盖板2上设有供接线柱本体51下部穿过的第三孔22，接线柱本体51穿过第三孔22后限位块52压在盖板2的上方且下部压在空气电极4上。正极接线柱5把空气电极4引出到盖板2上，便于接线。
39.在一些实施例中，如图3所示，接线柱本体51的下部柱体上可拆卸连接有压紧块53。接线柱本体51的下部本体上设有外螺纹，压紧块53为螺母，螺母连接在接线柱本体51上，一方面增大横向端面积，保证与空气电极4接触按压，另一方面可通过调整螺母62旋在接线柱本体51上的位置，通过限位块52和压紧块53夹紧盖板2和加宽加高裙边7。如图3所示，压紧块53位于加宽加高裙边7的底面上，通过压紧块53和限位块52夹紧盖板2和加宽加高裙边7，提高盖板2与下壳体的连接强度，且便于拆卸。
40.如图3所示，负极接线柱6分别连接阳极金属板3和盖板2且顶端突出于盖板2，便于接线。如图8和9所示，负极接线柱6包括螺柱61、螺母62和压接板63，压接板63呈l型，压接板
63的其中一个侧板上设有连接孔64，压接板63的另一个侧板与螺柱61的一端连接，盖板2上开设有供螺柱61穿过的第一孔21，阳极金属板3上开设有与连接孔64对应的第二孔，压接板63与螺柱61连接的侧板压在阳极金属板3的顶部且位于阳极金属板3和盖板2之间，螺柱61穿过第一孔21，螺母62螺纹连接在螺柱61处于盖板2上方的柱体上将盖板2压紧在螺母62与压接板63之间，压接板63与阳极金属板3通过穿过连接孔64和第二孔的连接件连接。负极接线柱6既起到接线的作用，又起到将阳极金属板3与盖板2连接的作用，且拆卸简便快捷。能将阳极金属板3平稳的固定在下壳体的腔体内，避免阳极金属板3倾斜导致与空气电极4接触。在本实施例中，连接件为螺栓螺母组件，既固定牢固又拆卸方便。
41.为了便于接线和区别，起主要接线作用的负极接线柱6的螺柱61长度较长，突出于加宽加高裙边7的顶部；主要起固定连接阳极金属板3与盖板2作用的负极接线柱6的螺柱61的长度较短，与加宽加高裙边7的顶部平齐或低于加宽加高裙边7的顶部。
42.本实施例的非循环式金属燃料电池的组装方法为：首先通过负极接线柱6将盖板2与阳极金属板3连接固定为一体，在下壳体的格栅式结构面的内表面或外表面胶粘空气电极4，将阳极金属板3插入下壳体的腔体内，并将盖板2盖设在下壳体的顶部，通过螺栓螺母将盖板2与壳体固定连接，安装正极接线柱压紧空气电极并将空气电极引到盖板上。
43.本实施例还公开了一种电堆，包括多个上述实施例所述的非循环式金属燃料电池单体，多个非循环式金属燃料电池单体串联或并联。如图10所示，多个电池单体之间通过正极接线柱5和负极接线柱6之间的相应接线实现串联或并联，接线方法简便快捷。如果某个电池单体出现问题，只需要断开接线进行更换即可。单体的下壳体1可重复使用，仅相应更换存在问题的空气电极4、电解液或阳极金属板3即可。
44.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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。
45.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
46.在本说明书的描述中，参考术语“本实施例”、“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任至少一个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
47.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性
或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
48.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型实质内容上所作的任何修改、等同替换和简单改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。