[发明专利]一种电解液间歇循环式金属/空气电池系统

说明书

技术领域

本发明涉及金属/空气电池系统，具体地说是一种用于镁、铝、锌等电解液间歇循环式金属/空气电池系统。

背景技术

金属/空气电池是一种采用金属（如镁、铝、锌等）为阳极燃料，空气中氧气作为氧化剂，碱液或中性盐水作为电解质溶液的电化学反应装置。我国镁、铝、锌等金属储量丰富、且价格低廉，因此金属/空气电池在我国通讯电源、野外应急电源、照明电源及储备电源等可移动电源的诸多领域具有广阔的应用前景。金属/空气电池具有能量密度高、反应物和产物无污染、工作安静等特点。以镁/空气电池为例，其理论能量密度高达3910Wh/kg。镁/空气电池电极反应和电池总反应分别为，

阳极电极反应：Mg-2OH-→Mg(OH)₂-2e^-                       -2.69V(1)

阴极电极反应：1/2O2-H₂O-2e-→2OH^-                        +0.4V(2)

电池总反应：Mg-1/2O2-H₂O→Mg(OH)₂                        +3.09V(3)

由上式可知，镁/空气电池在反应过程中消耗金属镁、空气中的氧气和水，生成氢氧化镁。无论是反应物还是产物均无污染，且反应物廉价易得。镁/空气电池在使用前，需将电解液（常为氯化钠水溶液）加注至电池内。反应一段时间后，由于电解液中水的损失（反应消耗、蒸发损失）及产物在电解液中的累积，电解液变得粘稠，离子传导能力下降，导致电池性能下降。此时，需将产物排出并更换新的金属镁，从而使镁/空气电池继续工作。由上述镁/空气电池的工作过程可以看出，电解液管理方式是影响金属/空气电池稳定性、可维护性的重要因素。

常见的金属/空气电池电解液管理方式分为两种：一种为封闭式，即借助人工将电解液加注到独立的电解液腔中，电池工作过程中电解液不循环，产物通过人工排出及清理。另一种方式为循环式，即电解液借助泵自主加注，产物自动循环流动排出电池外。采用第一种电解液管理方式的镁/空气电池优点是结构简单、工作稳定。但是，它也具有一些不可避免的缺点：操作过程复杂，并且为了延长一次注液后电池连续反应时间，需将电池电解液腔体积增大，从而极大的增加了电池自身的体积。此外，由于电池在工作过程中会产生大量的热量，使电池内部温度逐渐升高，常需借助风扇散热控制电池内部温度。第二种电解液管理方式具有电解液加注和产物排出自主实现的优点，且电池工作过程中产生的热量可随电解液循环至电池外部。但是，这种方式需借助泵实现电解液的循环，不但增加了电池系统的内部功耗，也使电池运行过程中的噪音加大。由此可见，上述方式各有利弊，需要寻找更好的方法去解决现有金属/空气电池电解液管理方式的诸多问题，以满足金属/空气电池可维护性好、连续工作时间长、辅助部件能耗低和噪音小等要求。

发明内容

本发明针对现有金属/空气电池电解液管理方式的缺点，提出一种电解液间歇循环式金属/空气电池系统及其操作控制方法。该金属/空气电池系统通过金属/空气电池组与二次电池的组合，使电解液间歇循环，降低泵的能耗，实现电解液的自主加注、产物和热量自主排出。具体实现方式为：

一种电解液间歇循环式金属空气电池系统，包括金属空气电池组（1)、电解液存储盒（2)、电解液循环系统（3)、产物排出系统（4）；金属空气电池组（1）与电解液存储盒（2）通过电解液循环系统（3）相连通；产物排出系统（4）与金属空气电池组（1）中单电池的各电解液腔相连通；

所述电解液循环系统（3）包括电解液加注总管路（5)、安置在电解液加注总管路（5）上的电解液加注泵（7)、电解液加注分管路（6)、电解液循环分管路（8)、电解液循环总管路（9）；电解液加注总管路（5）的一端与电解液储存盒（2）上的电解液加注口（10）相连，另一端通过电解液加注泵（7）与电解液加注分管路（6）的一端同时相连通，电解液加注分管路（6）的另一端分别与金属空气电池组（1）的各个单电池的电解液腔下部相连通，电解液循环分管路（8）的一端分别与金属空气电池组（1）的各个单电池的电解液腔的上部相连通，电解液循环分管路（8）的另一端同时与电解液循环总管路（9）的一端相连通，电解液循环总管路（9）的另一端与电解液存储盒（2）的电解液循环排出口（11）相连通；