一种碱性体系金属燃料电池及其工作方法与流程

本发明涉及金属燃料电池，具体为一种碱性体系金属燃料电池及其工作方法。

背景技术：

1、金属燃料电池是一种纯金属或合金作为阳极或负极，空气电极作为阴极或正极，正负极之间填充电解质，金属或合金与电解质发生化学反应，金属或合金失去电子后，在空气电极侧与氧气结合形成的发电单元。其具有绿色环保、安全、成本低、无燃烧爆炸风险等优势，在备用电源、孤岛、民用产品等众多领域得到广泛应用。目前针对金属燃料电池的研究主要集中在正负极材料等方面，对结构设计多为底部中间进液和上部排液，且电池输出导电连接数量为单一连接固定，而对更高电流的单体结构以及减少单体内部压力并未开展更多研究工作。

2、以金属燃料电池中的铝空气电池为例，在发电过程中主要依靠电解液与正负极材料相接触，实现电子的转移，产生电能；在实际产品开发过程中正负极材料和单体结构设计存在一定差异性，如为实现高功率输出，正负极材料除电流密度提升外，单体数量的不断叠加能够有效提升产品电能输出的稳定性；此外串联数量的增加并不能对单体输出电流有增加作用，要想在原有结构和材料单体上提高总体输出电流，只能通过并联的方式增加单体数量。

3、目前铝空气电池结构设计基本上为底部中间进液和上部排液或内部暗管回流至下端，且电池输出导电连接数量为单一连接固定或多排螺丝固定；但在实际产品开发和使用过程中发现，单进液、单出液模式或内部暗管回流至下端对燃料电池结构和密封要求较高，其主要原因在于电池内部发生反应后所形成的反应产物及副产物会随着液体的流动逐渐向上运行；当副产物在上部聚集后会与电解液的流动产生阻碍，从而使电池内部压力逐渐增大；内部暗管弯折也会对液体在出液口产生阻碍，造成液体聚集，当液量聚集到一定高度后会统一进入排气通道造成喷液或液体溢出。

4、因此现在急需一种碱性体系金属燃料电池及其工作方法，能使电解液的循环流动，对放电过程产生的气体和液体统一进行回流，降低液体外溢风险，以有效减少电池内部压力，降低材料密封、耐压等材料选型成本。

技术实现思路

1、本发明的目的之一在于提供一种碱性体系金属燃料电池，能使电解液的循环流动，对放电过程产生的气体和液体统一进行回流，降低液体外溢风险，以有效减少电池内部压力，降低材料密封、耐压等材料选型成本。

2、本发明提供的基础方案一：一种碱性体系金属燃料电池，包括：若干单体结构；

3、单体结构，包括单体外壳；

4、单体外壳两侧面上通过一体成型固定设置有正极材料，单体外壳内部设置有金属电极板；

5、单体外壳上部中线两侧均设置有出液口，下部对应设置有进液口，且出液口的开孔大小大于等于进液口的开孔大小；

6、若干单体结构组合成金属燃料电池，相邻单体结构之间进液口相连，出液口也相连，形成电解液管道。

7、基础方案一的有益效果：本方案在实际使用过程中，若干单体结构组合成金属燃料电池，相邻单体结构之间进液口相连，出液口也相连，形成电解液管道，电解液从底部进液口进入到电池内部(单体外壳内部)反应腔体后发生电化学反应，并依靠底部电解液的推动向上达到出液口位置，出液口在此处就反应过后的电解液和其他副产物及时分离，使得出液口上部为填充气体，下部为液体，并随相应的电解液管道全部排出；并且出液口的开孔大小大于等于进液口的开孔大小，能满足排出需求。

8、本方案通过正极材料与单体外壳一体式成型后，单体结构底部双进液上部双出液孔式设计，下部实现电解液的进液与分液，上部实现电解液的出液与排气溢液等，满足电解液的循环流动，且排气和排液管道通用能够有效对放电过程产生的气体和液体统一进行回流，降低液体外溢风险，以有效减少电池内部压力，降低材料密封、耐压等材料选型成本；上部出液口大于等于下部进液口的设计能够有效实现单体结构下进液的均匀性分布和上部产物的分离排出，减小电池内部使用压力，操作简单，组装工艺方便，降低使用成本。

9、综上所述，本方案能使电解液的循环流动，对放电过程产生的气体和液体统一进行回流，降低液体外溢风险，以有效减少电池内部压力，降低材料密封、耐压等材料选型成本。

10、进一步，所述正极材料的宽度范围为1-50cm，长度范围为1-50cm；安装正极材料时，通过导电集流体方向确定正极材料的正反面方向。

11、有益效果：安装正极材料时，通过导电集流体方向确定正极材料的正反面方向，操作简单。

12、进一步，所述出液口和进液口的开孔周长范围为30-100mm；

13、出液口的开孔大小与出液口的开孔大小比值为1：1～5。

14、有益效果：出液口和进液口的开孔周长范围为30-100mm，出液口的开孔大小与出液口的开孔大小比值为1：1～5，能更好的满足进液和排出需求。

15、进一步，所述金属电极板的侧面有台阶式导电极柱，包括：两个间隔设置的导电柱；

16、金属电极板上下两侧的单体外壳上设置有双电极导电孔，正极材料上下侧面对应双电极导电孔设置有支耳，支耳上对应双电极导电孔设置有第一通孔；

17、通过设置的u形的导电片夹持单体外壳及其两侧设置的正极材料，导电片的两侧片上均设置有第二通孔，第二通孔与第一通孔和双电极导电孔相对。

18、有益效果：目前铝空气电池结构是单导电模式的输出，存在导电连接失效后完全断路风险和总体导电载流量受限的问题；本方案采用双导电连接方式，能够有效增强大单体结构体系下低压高电流的输出可靠性与稳定性。

19、进一步，所述单体外壳侧面设置有开口；所述开口处设置有金属电极端盖；

20、所述台阶式导电极柱设置在金属电极板位于开口处的侧面上，金属电极端盖上设置有与导电柱对应的第三通孔；

21、金属电极端盖内部设置有软件，用于与金属电极板表面的紧密贴合。

22、有益效果：金属电极端盖中第三通孔可供导电柱穿出，内部设置的软件使其与金属电极板表面的紧密贴合，增加密闭性。

23、进一步，所述导电片与单体外壳一体成型。

24、有益效果：目前铝空气电池结构设计中多排螺丝固定造成组转和拆卸零配件多，后期使用也存在被腐蚀等问题，本方案中通过一体成型方式将导电片与主体壳进行密封，减少导电件的外露腐蚀。

25、进一步，所述单体外壳内壁上设置有滑槽导轨。

26、有益效果：单体外壳内壁上设置有滑槽导轨，能保证金属电极板与单体壳顺利进入。

27、进一步，所述导电片顶部设置有圆孔；单体外壳上对应设置有相同圆孔，采用标准螺丝螺母穿过圆孔固定导电片与单体外壳。

28、有益效果：通过圆孔的设置可采用标准螺丝螺母穿过圆孔固定导电片与单体外壳，增加连接稳定性。

29、进一步，所述出液口之间和进液口之间均设置有通风通道；且通风通道中间及出液口和进液口一侧均设置有螺杆连接固定孔，用于螺杆穿过固定若干组合的单体结构；

30、单体外壳一侧面的正极材料外侧还设置有通风栅板，栅板呈网格状均匀划分并形成台阶通道。

31、有益效果：在金属燃料电池单体使用过程中，为保障单体通风的顺畅性和减少外在辅助风道的安装，对单体风道与单体集成式设计，采用通风通道与单体结构集成一体化，能够减少金属燃料电池辅助器件的使用，减少零部件安装，电池结构更加紧凑协调。

32、本发明的目的之二在于提供一种碱性体系金属燃料电池工作方法，能使电解液的循环流动，对放电过程产生的气体和液体统一进行回流，降低液体外溢风险，以有效减少电池内部压力，降低材料密封、耐压等材料选型成本。

33、本发明提供基础方案二：一种碱性体系金属燃料电池工作方法，采用上述碱性体系金属燃料电池；

34、设置待测的正极材料和金属电极板的单体结构；

35、串联若干单体结构组合成金属燃料电池，进行金属燃料电池放电性能测试。

36、基础方案二的有益效果：本方案能使电解液的循环流动，对放电过程产生的气体和液体统一进行回流，降低液体外溢风险，以有效减少电池内部压力，降低材料密封、耐压等材料选型成本，实现金属燃料电池的材料放电性能测试。