[发明专利]注入式锌空气金属燃料电池及更换其锌负极的方法

说明书

技术领域

本发明属于电化学领域，尤其涉及一种注入式锌空气金属燃料电池及更换其锌负极的方法。

背景技术

以锌空气电池为代表的金属-空气电池从发明至今已有一百多年的历史，一百多年来许多国家对锌空气电池及其它金属-空气电池进行了大量的研究。由于锌空气电池具有容量大，比能量高，综合性能稳定，使用安全，价格低廉，对环境友好，长期以来受到广泛的关注，不断寻求锌空电池的应用市场。挖掘锌空电池的潜力，使其应用面逐渐扩大，不但在无人观测站、通讯机、航标灯、海洋浮标等设备上得到了广泛的应用，而且也大量进入了日常生活领域，如助听器、石英电子表、计算器。环境污染、能源危机一直是人们十分关注的问题，而汽车是能源消耗大户，也是制造环境污染的大户之一。因此，用于驱动汽车的动力电池研究一直是各国政府和研究工作者关注的问题。锌空气电池所具有的特性，使其在电动车电源的选择中很早就受到青睐。60年代，英国汽车公司和Crompton Parkinson公司根据电瓶车行程太小的缺点，并对铅酸电瓶车和锌空气电瓶车运行特性进行比较，合作设计了一辆主要用于城市的电力驱动小座车，为此研制了一种150～300 A h的锌空气电池。以色列电燃料公司(EFL)研制的机械再充式锌空气牵引电池，在德国Deutsche邮政车队和美国进行了性能测试。德国的测试结果(1995-1998年)表明，在技术上锌空气电池完全可用于驱动中型汽车(Mercedes2Benz 410E)，每次补充燃料后，可驱动汽车行驶400km以上。美国电能研究所(EPRI)的初步评估结果表明，以色列电燃料公司(EFL)研制出的锌空气电池和高功率Cd/Ni电池驱动的混合电动汽车的操作费用与目前的燃油汽车相当。美国设计了一种以锌粒填充床为阳极的机械再充式锌空气电池，在这种电池中，锌电极的四周设有电解液通道。放电时，由于锌的溶解导致锌粒填充床内部电解液的密度高于通道中的电解液，在密度差的作用下电解液发生自然对流，从而提高了电极内部的传质速度。以这种方法设计了55kW锌空气电池用作电动汽车的动力电源，比功率达到97W/kg，比能量达228Wh/kg。德国Chem-Tek研制的机械可充式锌空电池，取名为ZOXY。在EV-16上由新加坡综合技术学院和星际科技公司分别介绍和展出了P280、P250和P100电池。新加坡综合技术学院用Nissan的H40系列DE33型中巴车进行了行车试验。这些卓有成效的工作使锌空气金属燃料电池进入了电动车应用领域。但是，锌空气电池在电动汽车领域的应用至今也没有得到广泛的推广。主要原因在于，现有的锌空气电池负极结构和更换方式无法满足使用者的要求。例如，机械插块式锌空气金属燃料电池无法同传统充电电池一样进行充电，它需要通过更换金属锌极使电池得到能量补充，更换过程费时费力；填充床液体循环式锌空气金属燃料电池由于在结构上仍存在某些缺陷，很难显示锌空气电池的性能优势。再有传统锌空气金属燃料电池固定压型锌负极体表面存在钝化及内系统散热不畅的问题，都殛待解决。

发明内容

本发明的目的是提供一种注入式锌空气金属燃料电池，这种结构的锌空气金属燃料电池金属锌负极更换时以加注形式实现，不需要解除电池串并联时电池各单体金属锌负极之间的连接导线，以此解决现有锌空气电池金属锌负极更换不方便的问题。

本发明的另一目的是提供一种有效更换注入式锌空气金属燃料电池锌负极的方法，更换方式与汽车加油相似，只要将新鲜的流动态锌胶注入锌胶贮存箱，同时把反应后的物质排出就完成了电池能量补充过程，所需时间只需10～15分钟。

为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：

一种注入式锌空气金属燃料电池，其由一组带有进料装置的电池单体与锌胶贮存槽连通构成，所述的电池单体的流动态胶锌电极注入口接进料装置的导入口，其流动态锌胶电极的溢流口接入锌胶贮存槽；在进料装置与电池单体间、电池单体与锌胶贮存槽间分别装有单向阀及截止阀。

所述的电池单体外侧至少一面设有空气电极，内腔置负极集流体与空气电极平行设置在电池单体型腔内；在电池单体型腔下部设有截止阀和注入口，电池单体与进料装置连接的一侧设有流动态锌胶的输入流道；电池单体接至锌胶贮存槽的另一侧设有流动态锌胶的溢流管路；所述的进料装置由驱动电机、驱动连杆、容积泵组合构成。