[发明专利]一种利用超声微流驱动提升金属空气液流电池性能的方法

说明书

本发明公开了一种利用超声微流驱动技术提升金属‑空气液流电池性能的方法，该方法利用超声在电解质溶液中引起的声学流和超声微流来减弱空气阴极与电解质溶液之间的浓差极化和双电层极化，降低电解质溶液中的内阻，从而有效提升金属‑空气液流电池的输出功率。该电池装置包括超声换能器、换能器驱动电路、电解槽、空气电极、电解质溶液、金属电极、毛细玻璃管和过滤腔室；该装置利用超声换能器端部的超声振动，在电解质溶液中产生一个超声声场,超声声场在电解质溶液中引起的声学流，可以有效缓解空气电极与电解质溶液之间的浓差极化与双电层极化问题，同时，超声声场引起的超声毛细效应，可以实现电解质溶液在毛细玻璃管中的循环流动功能。

技术领域

本发明属于超声、流体驱动和电池相互交叉技术领域，涉及一种利用超声微流驱动技术提升金属-空气液流电池性能的方法。

背景技术

金属-空气液流电池作为一种新兴的电池技术，继承了传统氧化还原液流电池独特的设计结构和金属-空气电池比能量大、质量轻、内阻小、无毒、储存寿命长、成本低、能量密度高和安全可靠的优势，作为一种高效、节能、环保、无污染的新能源，它在电动汽车、海洋能源供应、水下机器人、潜艇AIP系统、军事通讯装备等领域有着巨大的应用前景，它已成为国内外研究学者在电池技术领域的一个研究热点。

金属-空气液流电池虽然具有比能量高、功率密度和电流密度大等优点，但其空气阴极与电解质溶液之间的浓差极化和双电层极化，以及金属阳极产生的不溶性产物过滤和电解质溶液循环更新等问题限制了金属-空气液流电池的进一步发展，这是因为上述问题会使电解质溶液中的内阻增加，进而降低金属-空气液流电池的输出功率。目前的研究方向主要集中在电解质溶液循环流动的方法、空气电极催化材料的研制和金属电极合金材料的研制。而目前使电解质溶液循环流动的方法主要是通过外部泵或马达，其能耗大，结构复杂，通过运动部件来控制电解质溶液的流动方向，存在部件易磨损堵塞等诸多缺陷，因此通过外部泵或马达使电解质溶液循环流动提升电池性能的方案存在其本身的缺点，不利于金属-空气液流电池的小型化实际应用的发展。

发明内容

发明目的：为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种利用超声微流驱动技术提升金属-空气液流电池性能的方法，达到提升金属-空气液流电池的输出功率的效果。

技术方案：本发明利用超声微流驱动技术提升金属-空气液流电池性能的方法是，换能器驱动电源驱动超声换能器端部做超声振动，在电解槽的电解质溶液中产生一个超声声场，利用超声在电解质溶液中引起的声学流，降低空气阴极与电解质溶液之间的浓差极化和双电层极化，利用超声在毛细玻璃管中引起的超声毛细效应，实现电解质溶液的循环流动功能，通过该功能将金属阳极产生的不溶性产物驱动至过滤腔室过滤去除及不断更新电解质溶液，进而降低电解质溶液的内阻，提升金属-空气液流电池的输出功率。

进一步地，利用超声微流驱动技术提升金属-空气液流电池性能的方法，将毛细玻璃管一端浸没在电解质溶液中，另一端经过过滤装置后静置在空气中。

进一步地，利用超声微流驱动技术提升金属-空气液流电池性能的工作方法，毛细玻璃管浸没在电解质溶液中的端部与超声换能器振动面之间的距离为λ/2的整数倍处时超声声场中的声压值最大，在声压的作用下驱动电解质溶液在毛细玻璃管中循环流动不断更新电解质溶液，其中λ＝c/f，λ为所述超声声场中的声波波长，c为声波在电解质溶液中的声速，f为超声换能器的工作频率。

进一步地，利用超声微流驱动技术提升金属-空气液流电池性能的工作方法，其特征在于：所述的毛细玻璃管内部直径范围在0.1-10mm，毛细玻璃管可以是单根或者多根，通过毛细玻璃管的阵列和端部入口处声压值的大小，调节电池系统中电解质溶液循环流动流量的多少。

进一步地，利用超声微流驱动技术提升金属-空气液流电池性能的工作方法，其特征在于：超声换能器可以粘接在电解槽中心位置的底部，也可以粘接在电解槽的四周外壁处。