一种金属空气电池及其使用方法技术

本发明专利技术公开了一种金属空气电池及其使用方法，属于金属空气电池停放管理的物理化学技术领域。它包括负极室、负极、正极室、正极和电解液，所述正极室侧壁上镶嵌正极，所述正极与正极接线端电连接；所述正极室与负极室之间设有隔板，所述隔板与极室底部设有间隙，垂直于隔板且位于负极室底部上方设有网格板，所述网格板上设有负极，所述负极与负极接线端电连接；其中，所述正极室为顶部敞口的空间，所述负极室顶部设有上盖。本发明专利技术可使金属负极与电解液在电池工作状态时接触，非工作状态时分离，从而能够有效解决金属空气电池的停机腐蚀问题。

A metal air battery and its application

【技术实现步骤摘要】
一种金属空气电池及其使用方法
本专利技术涉及金属空气电池停放管理的物理化学
，具体涉及一种金属空气电池及其使用方法。
技术介绍
随着能源危机加剧和生态环境恶化，可持续发展能源受到更大的重视。目前新能源汽车行业的快速发展，汽车动力电池技术已经成为各国科研人员研究的热点。相对于目前使用较多的锂电池，金属空气电池具有电化学当量高、资源丰富、价格低廉等诸多优点，被认为是一种很有潜力的汽车动力电池。金属空气电池的工作原理是在放电过程中，金属负极被氧化，电子通过外电路流向正极，氧气在空气电极捕获电子发生还原反应生成OH-，从而释放出电能。目前很大制约金属空气电池发展的一个因素就是金属空气电池的停机腐蚀问题。由于金属空气电池为活泼金属，活泼金属在酸性电解液中极不稳定，会被电解液腐蚀而放出氢气，利用效率太低，所以金属空气电池的电解液一般都为碱性溶液，但是活泼金属在酸性溶液中发生析氢腐蚀，同样在碱性溶液中也会发生析氢腐蚀，例如目前金属空气电池研究比较多的电池负极铝、锌等，铝、锌在碱中的析氢腐蚀反应式如下：2Al+2OH-+2H2O＝2AlO2-+3H2↑，Zn+2OH-+2H2O＝[Zn(OH)4]2-+H2↑。由此可见，虽然活泼金属在碱中的析氢腐蚀没有在酸中的析氢腐蚀那么激烈，但是析氢腐蚀还是存在的，特别是在停机状态下金属负极的析氢腐蚀仍在发生，这会导致电池的电量损失大，使用寿命短，极大的制约了金属空气电池的使用。现有技术也在力求克服这一问题做了很多研究。经检索，中国专利申请号为200420054710.4，申请公开日为2006年3月29日的专利申请文件公开了液控敞口铝空电池装置。该铝空电池装置是由电解液管道将敞口电池底部的电解液出入口和电解液控制系统中的电解液泵和储液罐相连结组成；所述敞口电池之电池槽离底部一定间隙安装铝电极，空气极安装在铝电极的上方，敞口电池槽的底部与铝电极和空气极相互之间均留有一定间隙。该技术可通过注入或抽出电解液来控制敞口电池的工作或停止，使得反应伴生气体的排放不影响电池工作；电池不工作时铝电极暴露在空气中，和电解液完全脱离，从而使铝电极在电解液中的自腐蚀反应终止。但是，该电池需要使用泵抽取或输入电解液来解决电池停机时铝发生析氢腐蚀的问题，不仅浪费电源，还结构复杂，存在安装上的困难。目前还采用的解决办法是在电池的负极和正极之间设置了一层薄膜，当电池使用的时候两面都充满了电解液，一旦电池停止使用，最靠近金属的一侧则会被油冲洗掉，此时，油起到了保护金属的作用。当需要再次使用电池的时候，电解液将取代油。由于金属在水里会排斥油，所以此时不会有油留在水里边。例如，中国专利申请号为201811009500.6，申请公开日为2019年01月08日的专利申请文件公开了规避金属空气燃料电池停机腐蚀的系统和方法。该专利系统包括：电池腔，电池腔内设有间隔布置的空气正极和金属负极，电池腔具有第一电解液入口、第一保护液入口、第一电解液出口和第一保护液出口；电解液储存装置，电解液储存装置具有第二电解液入口和第二电解液出口，第二电解液入口与第一电解液出口相连，第二电解液出口与第一电解液入口相连；保护液储存装置，保护液储存装置具有第二保护液入口和第二保护液出口，第二保护液入口与第一保护液出口相连，第二保护液出口与第一保护液入口相连。该系统避免了金属空气燃料电池在停机状态下金属负极的自腐蚀，同时可自由切换电池的工作-停机状态，显著提高了金属空气燃料电池的使用寿命。但此方法的金属空气电池结构复杂，增加了电池的体积和成本，不利于金属空气电池作为汽车动力电池的商业化普及。因此，为了解决金属空气电池在电解液中的析氢腐蚀问题，是该行业亟需解决的问题。
技术实现思路
1、要解决的问题本专利技术提供一种金属空气电池，其目的在于解决现有空气电池应对金属电极析氢腐蚀的方案过于复杂的问题。本专利技术还提供上述金属空气电池的使用方法，其目的在于规避电池停机时的析氢腐蚀，提高金属空气电池的使用寿命。2、技术方案为解决上述问题，本专利技术采用如下的技术方案。一种金属空气电池，包括负极室、负极、正极室、正极和电解液，所述正极室侧壁上镶嵌正极，所述正极与正极接线端电连接；所述正极室与负极室之间设有隔板，所述隔板与极室底部设有间隙，所述隔板与极室顶部平齐，垂直于隔板且位于负极室底部上方设有网格板，即所述隔板将正负极室分隔开并且底部通过网格板连通；所述网格板上设有负极，所述负极与负极接线端电连接；其中，所述正极室为顶部敞口的空间，所述正极可贯穿正极室外壁和内壁，所述正极也可只镶嵌在正极室外壁上，所述负极室顶部设有上盖。进一步地，所述正极室和负极室顶部均以透气防水膜封口，其中，负极室的上盖可盖于负极室顶端透气防水膜的上方，所述透气防水膜封住两极室开口处，使得极室内的电解液不能透过透气防水膜，但是外部空气可以透过透气防水膜进入两极室。进一步地，所述正极室和负极室的顶部均设有顶板，两个极室的顶板上分别设有若干个气孔，所述气孔中设有透气防水膜封住气孔，所述透气防水膜通过粘黏剂镶嵌固定在气孔内壁上，使得极室内的电解液不能透过透气防水膜，但是外部空气可以透过透气防水膜进入两极室。进一步地，所述透气防水膜的材质为聚四氟乙烯。进一步地，所述上盖边缘设有一圈密封部，以实现负极室顶部的密封，进一步的目的使得上盖盖在负极室上时，外部空气不能进入负极室内。进一步地，所述密封部为橡胶圈或凡士林，当密封部为凡士林时即在上盖边缘涂抹一圈凡士林，当密封部为橡胶圈时即固定在上盖边缘。进一步地，所述上盖上位于密封部的内圈处设有凸圈，所述凸圈上设有第一凸起，所述负极室内壁设有与第一凸起配合卡接的第二凸起，其中，上盖合上时，所述凸圈配合接触负极室内壁，且第一凸起位于第二凸起下方，所述第一凸起和第二凸起的上、下表面均为圆弧状，使得第一凸起与第二凸起卡合时，两者之间便于相互滑动，以实现在外力作用下，第一凸起可沿第二凸起滑动至第二凸起下方，并且同样在外力作用下，第一凸起沿第二凸起滑动离开第二凸起下方。进一步地，所述正极为石墨电极、二氧化锰电极或金属铂电极中的一种。进一步地，所述负极为锌电极、镁电极或铝电极中的一种。进一步地，所述电解液为酸性溶液、碱性溶液或中性溶液的一种或多种。一种基于上述金属空气电池规避停机腐蚀的使用方法，其步骤为：S1、电池放电时，打开上盖，此时正极室与负极室上方均连通空气，两边气压相同，使得所述正极室内的电解液流入负极室，负极接触电解液，并且两极室的电解液位于同一水平面，所述正极和负极在电解液的作用下发生放电反应，进而电池处于工作状态；S2、电池停机时，关闭上盖，使得负极室开口密封，所述负极室内的负极与电解液反应生成氢气，即负极室内为氢气，正极室上方连通空气，利用氢气与空气的压力差，使得负极室内的电解液压至正极室，直至电解液不再接触负极，即负极与电解液的析氢腐蚀停止，处于停机状态。3、有益效果相比于现有技术，本专利技术的有益本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属空气电池，包括负极室(200)、负极(210)、正极室(100)、正极(110)和电解液(400)，其特征在于：所述正极室(100)侧壁上镶嵌正极(110)，所述正极(110)与正极接线端(120)电连接；所述正极室(100)与负极室(200)之间设有隔板(300)，所述隔板(300)与极室底部设有间隙，垂直于隔板(300)且位于负极室(200)底部上方设有网格板(240)，所述网格板(240)上设有负极(210)，所述负极(210)与负极接线端(220)电连接；其中，所述正极室(100)为顶部敞口的空间，所述负极室(200)顶部设有上盖(250)。/n

【技术特征摘要】
1.一种金属空气电池，包括负极室(200)、负极(210)、正极室(100)、正极(110)和电解液(400)，其特征在于：所述正极室(100)侧壁上镶嵌正极(110)，所述正极(110)与正极接线端(120)电连接；所述正极室(100)与负极室(200)之间设有隔板(300)，所述隔板(300)与极室底部设有间隙，垂直于隔板(300)且位于负极室(200)底部上方设有网格板(240)，所述网格板(240)上设有负极(210)，所述负极(210)与负极接线端(220)电连接；其中，所述正极室(100)为顶部敞口的空间，所述负极室(200)顶部设有上盖(250)。


2.根据权利要求1所述的一种金属空气电池，其特征在于：所述正极室(100)和负极室(200)顶部均以透气防水膜封口，其中，负极室(200)的上盖(250)可盖于负极室(200)顶端透气防水膜的上方。


3.根据权利要求1所述的一种金属空气电池，其特征在于：所述正极室(100)和负极室(200)的顶部均设有顶板，两个极室的顶板上分别设有若干个气孔，所述气孔中设有透气防水膜封住气孔。


4.根据权利要求1～3任意一项所述的一种金属空气电池，其特征在于：所述上盖(250)边缘设有一圈密封部(251)，以实现负极室(200)顶部的密封。


5.根据权利要求4所述的一种空气电池，其特征在于：所述密封部(251)为橡胶圈或凡士林。


6.根据权利要求4所述的一种金...

【专利技术属性】
技术研发人员：王江辉，
申请(专利权)人：王江辉，
类型：发明
国别省市：安徽;34