[发明专利]一种金属空气电池系统

说明书

技术领域

本发明涉及金属空气电池，具体地说是一种金属空气电池系统，为一 种具有一体化结构的金属空气电池组，其可用作应急电源、电子产品电源 及动力电源等高能量电源。

背景技术

金属空气电池是以金属阳极作燃料，空气中的氧气作氧化剂，将燃料 的化学能转变为电能的电池。它由金属阳极，盐或碱的水溶液为电解液， 空气阴极三部分构成。金属阳极常用材料为Mg、Al、Zn、Fe、Li及其合 金，阴极活性物质为空气中的氧气，相应电池称为镁/空气电池、铝/空气电 池、锌/空气电池、铁/空气电池、锂/空气电池。镁/空气电池电解液一般为 NaCl水溶液(或海水)等，铝/空气电池、锌/空气电池、铁/空气电池及锂/ 空气电池电解液一般为强碱水溶液，如NaOH、KOH等。空气电极通常使用的 催化剂为含Mn，Ag，Ni，Co，Pt，Pd，稀土元素及其化合物中的一种或一 种以上催化剂组合。

金属空气电池具有能量密度高、燃料供应丰富、储存寿命长、噪声低 等特点，可广泛用于应急电源、电子产品电源及动力电源等领域。传统的 金属空气电池组由多个独立的单电池置于一个电池盒中，通过外部线路一 个个绕接起来，串联成一个电池组。在同一电池盒中单电池之间绕接较困 难，并且电池之间占有空间比较大，故传统金属空气电池组系统有效容量 小，制造困难，成本高，使用和维护不便。为了解决上述技术的不足，近 年来国内外研究者对上述技术做了相应的改进。

中国发明专利CN1427499A，提供了一种使金属空气电池系统结构更 紧凑的技术方案。该技术方案将电池中的金属阳极和空气阴极分别做模块 化处理，并将处理后的空气板模块、金属板模块与另一空气板模块通过框 体紧固结合在一起的方式组装成金属空气单电池。再将金属空气单电池依 次组合形成金属空气电池系统。尽管该技术方案使得电池系统的结构更紧 凑，但其制备工艺复杂，空气电极和金属电极更换不便，制约了该技术方 案的应用。

中国发明专利CN1194476A，涉及了一种可置换式金属空气电池，其 特征是附着有金属氧化物的金属负极板可取出，并换上备用的金属负极板。 但该专利中并未公开实现金属负极板可更换的技术方案。

中国发明专利CN1647296A，提供了一种有利于金属空气电池系统燃 料补给的技术方案。由该技术方案制造的金属空气电池系统，阴极包含相 对阴极部分的阴极结构，以及一个配置用于容纳阳极结构的空间；阳极结 构包括一对多孔刚性结构，以及介于刚性结构之间的阳极材料。该阳极结 构的刚性结构有助于使阳极结构从阴极结构移开，从而实现金属空气电池 系统燃料的补给。但仍具有阳极结构制造工艺复杂、阳极刚性结构更换处 理需消耗成本等不足。

美国专利US20040031143，提供了一种制造金属空气电池系统的技术 方案。在该技术方案中，采用热固性树脂注塑成型的方法使得空气阴极、 集流部件集成到一起，减小了金属空气电池系统的体积。但由于壳体与电 极框体材料的不一致性，导致了其易于扭曲变形，制造困难。同时该技术 方案制造出电池系统的可更换性仍没有满足实际应用的需要。

美国专利US4950561，提供了一种阳极可移除的金属空气电池系统， 该系统由一个或一个以上的单电池组成，每个单电池包含一个有开口的框 架，阴极空气电极用抗碱性的环氧树脂固定在框架上，金属阳极的一端通 过上述框架的开口插入到空气阴极的空隙中，另一端暴露在外面，以便于 阳极的更换。但环氧树脂框架的耐久性并没有达到理性效果，使得长期使 用会造成漏液短路等现象，影响电池系统的反应效率。

综合来看，针对金属空气电池系统有效容量小，制造困难，使用和维 护不便等的综合问题还没有得到系统解决。不仅如此，由于金属空气电池 在放电过程中阳极会发生腐蚀，从而导致一定量氢气的产生。因而，有效 解决氢气的排除问题对金属空气电池系统的进一步应用至关重要。

发明内容

针对目前金属空气电池体积较大，制备工艺复杂，成本较高，氢气排 出及使用维护不便等问题，本发明的目的是提供一种具有一体化结构的金 属空气电池系统，该金属空气电池系统具有结构紧凑，金属阳极与盖体具 有一体化结构，空气阴极与壳体具有一体化结构，以及制造工艺简单，空 气阴极和金属阳极可方便地更换，电解液腔中阳极腐蚀产生的氢气可单向 排出，而外界的气体、液体及其它杂质不易进入电池系统等优点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：