铝合金空气电池系统技术方案

一种铝合金空气电池系统，包括壳体，壳体内设有阳极和阴极，阳极上设有阳极引出电极，阴极上设有阴极引出电极，壳体内还设有电解质溶液，所述的阳极为铝钠合金或铝钾合金，电解质溶液相应地为氢氧化钠或氢氧化钾。还设有储液罐，储液罐通过管路与壳体，管路上设有电解质泵，以使电解质溶液在储液罐和壳体之间流动。本发明专利技术提供的一种铝合金空气电池系统，阳极采用铝钠合金或铝钾合金，使电解质溶液中氢氧化钠或氢氧化钾含量不会下降。可以提高电池的比能量和比功率，放电速度快。本发明专利技术具有高效，实用性强，自腐反应率低，工作稳定可控的特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及金属空气电池的
，特别是一种铝合金空气电池系统。
技术介绍
在已知的金属空气化学电池中，铝空气电池原理与本专利技术最为相近。铝空气电池利用铝作为电池的阳极，催化氧气做阴极，强碱性溶液作为电解质溶液，当铝与氧气分别在两极发生化学反应时，电池放电。以电解质为氢氧化钠(钾和钠的化学性质十分相近电解质溶液也可用氢氧化钾溶液替换氢氧化钠钾溶液)溶液为例此时电池中发生的化学反应有：阳极：4Al-12e＝4Al3+阴极：3O2+6H2O+12e＝12OH-总反应式：4Al+3O2+6H2O+4NaOH＝4NaAl(OH)4+E(电)↑+H(热)↑4NaAl(OH)4＝4NaOH+4Al(OH)3同时阳极表面会发生自腐反应：2Al+6H2O+2NaOH＝2NaAl(OH)4+3H2↑铝空气电池最大的优点为可以为各种用电设备提供超长时间的续航，在为汽车续航供电方面，目前最好纪录是换一次铝空气电池续航里程达到了1600公里。有记载2014年铝空气电池的实际比能量达到了350wh/kg，是铅酸电池的8倍，镍氢电池的5.8倍、锂电池的2.3倍。但是，铝空气电池的理论比能量值是8100wh/kg，这意味着目前铝空气电池有着大量的能量被浪费掉了，电池的比能量有待大幅提高。通过分析可知自腐反应是铝空气电池能量无功消耗的最大因素，同时电池停止工作后发生的自放电效应也是电池能量无功消耗另一因素。目前制约铝空气电池大规模应用另一原因是放电速率过于缓慢，电压滞后，由于目前的铝空气电池大多采用99.99％的纯铝板做阳极浸没于电解质溶液中，这样与电解质溶液接触面大小值一定，且这个值不大，所以参与化学反应的铝原子数量一定且数值较小造成电池放电速度缓慢，而且放电速度为不可控。当铝空气电池工作时，铝与氧气发生化学反应生成电能的同时也生成了大量的热量，大量热量在电池内聚集如果不及时排除，轻则会造成电池工作不稳定，重则造成电池损坏，甚至会发生爆炸，产生安全问题。目前的铝空气电池并没有一套简单有效的排热系统及方法。因此，只有将铝空气电池的上述瓶颈问题进行有效解决，铝空气电池才会得到广泛应用。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种铝合金空气电池系统，可以提高电池的比能量和比功率，放电速度快。优选的方案中，电池的放电速度可控，电解质溶液浓度不随时间变长而降低，自腐反应、自放电反应无功消耗铝较少，电解质溶液可自动输入、排出，空气可自动输入、排出，且便于散热，降低因热量而产生的安全风险。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种铝合金空气电池系统，包括壳体，壳体内设有阳极和阴极，阳极上设有阳极引出电极，阴极上设有阴极引出电极，壳体内还设有电解质溶液，所述的阳极为铝钠合金或铝钾合金，电解质溶液相应地为氢氧化钠或氢氧化钾。优选的，铝钠合金中钠的体积比为0.1～30％；铝钾合金中钾的体积比为0.1～30％。进一步优选的，铝钠合金中钠的体积比为4％；铝钾合金中钾的体积比为4％。所述的阳极上设有多个垂直的柱状空隙。优选的，还设有储液罐，储液罐通过管路与壳体内部连接，管路上设有电解质泵，以使电解质溶液在储液罐和壳体之间流动。优选的，所述的阴极为多孔隙银基催化阴极板，阴极位于阳极的下方，阴极上部设有集气罩，排气管上端开口位于靠近集气罩内顶部的位置；排气管与排气泵连通，多孔隙银基催化阴极板底部与进气管连接，进气管与进气泵连通；集气罩内还设有第一液位传感器和第二液位传感器。优选的，所述的阴极通过多个支撑轮滑动支撑在绝缘密封壳内，并可上下浮动。优选的，还设有热管散热装置，热管蒸发端位于壳体内，冷凝端与散热翅片连接，在壳体内还设有温度传感器。优选的，壳体顶部还设有氢气排出管，氢气排出管上设有氢气排出开关阀，壳体内设有氢气浓度传感器。优选的，壳体顶部至少对角位置设有倒置电解质排出液管，倒置电解质排出液管设有第一防倒置阀和第二防倒置阀，倒置电解质排出液管上还设有防倒置泵，在壳体还设有防倒置开关。本专利技术提供的一种铝合金空气电池系统，具有的有益效果如下：1、通过将电池阳极采用铝钠合金或铝钾合金，相应地电解质溶液中的氢氧化钠或氢氧化钾始终得到缓慢补充，电解质溶液浓度不随时间变长逐渐被空气中的微量酸性气体消耗而降低，因电池放电速度也与电解质溶液浓度有关，故该结构可增加电池放电性能的稳定性。其原理是当电池工作时，由于钠或钾的金属活泼性质强于铝，在阳极表面的钠或钾原子可先于铝发生化学反应，以钠为例反应方程如下：阳极：4Na-4e＝4Na+阴极：O2+2H2O+4e＝4OH-总反应式：4Na+O2+2H2O＝4NaOH反应最终生成物为氢氧化钠或氢氧化钾，补充进电解质溶液。阳极采用铝钠合金或铝钾合金，钠或钾比例含量为0.1％-30％之间，来使电解质溶液中氢氧化钠或氢氧化钾含量不会下降。而且钠或钾在先反应后，对于阳极有点蚀效应，也可加快后继的反应速率。2、如图1所示，通过将阳极的结构设置为，从底部到顶面有多个柱状空隙的块状或柱状铝合金块或铝合金片，来使阳极增大可与电解质溶液接触的接触面积，与相同体积的单纯铝板相比即可大幅度提高电池放电速度。阳极采用此结构也为本专利技术实现放电速度可控制提供了必要条件。电池放电速度控制原理是：通过上升或降低电池中的电解质溶液液面，来改变阳极与电解质溶液的接触面积大小，从而控制电池放的电速度。本专利技术通过采用铝钠合金或铝钾合金做阳极与阳极含柱状空隙结构共同作用后，放电速度与现有单体式纯铝板空气电池相比大幅提高。3、如图1所示，通过设置电解质溶液的外置储液罐，配合液位传感器和电解质泵，实现电解质溶液的液面升降控制系统。即相当于控制阳极浸入电解质溶液的深浅，从而来控制电池的放电速度。当电池不需要工作时，电解质溶液液面升降控制系统可将电解质溶液液面降至阳极下底表面以下，使阳极脱离电解质溶液，这样不仅杜绝了电池因不用时发生的自放电反应，而且大量无功消耗阳极的自腐反应此时也被杜绝，避免了阳极中的铝被大量浪费，从而大幅提高铝钠合金空气电池的比能量。电解质溶液液面升降控制系统共同配合后，自腐反应消耗的阳极大幅减少，比能量与现有单体式纯铝板空气电池相比大幅提高。且电解质溶液液面升降控制系统共同配合后，放电速度实现可控制。4、如图1所示，通过多孔隙银基催化空气阴极板制成的阴极将空气中的氧气催化，来使氧气得到阳极电极输送来的电子后在阴极发生化学反应。通过在多孔隙银基...

【技术保护点】
一种铝合金空气电池系统，包括壳体，壳体内设有阳极(1)和阴极(39)，阳极上设有阳极引出电极(32)，阴极上设有阴极引出电极(13)，壳体内还设有电解质溶液(5)，其特征是：所述的阳极(1)为铝钠合金或铝钾合金，电解质溶液(5)相应地为氢氧化钠或氢氧化钾。

【技术特征摘要】
1.一种铝合金空气电池系统，包括壳体，壳体内设有阳极(1)和阴极(39)，
阳极上设有阳极引出电极(32)，阴极上设有阴极引出电极(13)，壳体内还设有电解
质溶液(5)，其特征是：所述的阳极(1)为铝钠合金或铝钾合金，电解质溶液(5)
相应地为氢氧化钠或氢氧化钾。
2.根据权利要求1所述的一种铝合金空气电池系统，其特征是：铝钠合金中钠
的体积比为0.1～30％；
铝钾合金中钾的体积比为0.1～30％。
3.根据权利要求2所述的一种铝合金空气电池系统，其特征是：铝钠合金中钠
的体积比为4％；
铝钾合金中钾的体积比为4％。
4.根据权利要求1所述的一种铝合金空气电池系统，其特征是：所述的阳极(1)
上设有多个垂直的柱状空隙(104)。
5.根据权利要求1所述的一种铝合金空气电池系统，其特征是：还设有储液罐
(24)，储液罐(24)通过管路与壳体内部连接，管路上设有电解质泵，以使电解质
溶液在储液罐(24)和壳体之间流动。
6.根据权利要求5所述的一种铝合金空气电池系统，其特征是：所述的阴极为
多孔隙银基催化阴极板(9)，阴极位于阳极(1)的下方，阴极上部设有集气罩(6)，
排气管(12)上端开口位...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹梅君，
申请(专利权)人：曹梅君，
类型：发明
国别省市：湖北;42