WO2013152670A1 - 大功率铝-空气电池系统 - Google Patents

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WO2013152670A1
WO2013152670A1 PCT/CN2013/073317 CN2013073317W WO2013152670A1 WO 2013152670 A1 WO2013152670 A1 WO 2013152670A1 CN 2013073317 W CN2013073317 W CN 2013073317W WO 2013152670 A1 WO2013152670 A1 WO 2013152670A1
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chamber
aluminum
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flow
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王为
齐燕玲
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ADVANCED HIGH POWER MULTI (ACT/XE) SOURCE ENERGY SCIENCE-TECH Co Ltd
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    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a device for directly converting chemical energy into electrical energy, and more particularly to a metal fuel cell using an aqueous solution as an electrolyte, and more particularly to a device for outputting high-power electric energy using an aluminum-air battery.
  • Aluminum-air battery is a new type of high-energy chemical power source, which uses aluminum alloy as negative electrode, air electrode as positive electrode, neutral or alkaline aqueous solution as electrolyte, and consumes aluminum alloy negative electrode and oxygen in air during battery operation. Output power to the outside.
  • the aluminum-air battery does not need to be charged.
  • the aluminum alloy anode material can be supplemented to maintain the continuous operation of the battery, so it is also called a metal fuel cell.
  • the neutral aluminum-air battery uses brine or seawater as the electrolyte
  • the alkaline aluminum-air battery uses sodium hydroxide or potassium hydroxide as the electrolyte.
  • the prior Chinese Patent No. 91109160.2 entitled “Neutral Aluminum-Air Battery and Its Preparation Method” discloses a battery pack composed of two single cells, which is formed by a sealing process, which is generated by the use of the battery pack. The reaction deposits could not be removed in time.
  • the prior Chinese patent 99251233.5 entitled "Aluminum Air Battery” discloses a structure of an aluminum empty battery.
  • the structure adopts an integral combined fence anode for easy replacement, and the combined fence anode can be removed from the electrolyte liquid level to avoid self-control.
  • the discharge consumes the anode, and the circulating electrolyte can wash the surface of the aluminum plate to prevent the reaction deposit from shielding the aluminum plate.
  • the battery voltage since there is only one battery compartment, the battery voltage is low, and the reaction deposits flow with the electrolyte inside the battery, which is difficult to remove.
  • the technical problem to be solved by the present invention is to avoid a disadvantage of the above prior art and to provide a high-power aluminum-air battery system and a liquid flow method thereof, which solves the problem that the prior art aluminum-air battery precipitate is difficult to remove, and the battery Problems such as short circuit flow between liquid cells in the group and temperature control of the liquid flow.
  • the technical solution proposed by the present invention to solve the above technical problem is a high-power aluminum-air battery system including a single aluminum-air battery, and the aluminum-air battery is at least two, electrically connected to each other or Electrically connected in parallel to form a battery pack; two flow arrangement chambers are disposed below the battery pack, and a liquid dispenser is disposed above the battery pack; the individual aluminum-air batteries are passed through respective outlet tubes and The liquid flow arrangement chamber communicates; the liquid flow arrangement chamber communicates with the pump liquid chamber through its respective infusion tube; the pump liquid chamber communicates with the liquid flow pump through the liquid discharge tube, and the liquid supply tube of the liquid flow pump is matched with the liquid supply tube
  • the liquid dispenser is in communication; the liquid distributor communicates with each of the single aluminum-air batteries located under the liquid inlet pipe; when the aluminum-air battery system is in operation, respectively adjusts the connection with the liquid flow arrangement chamber a liquid outlet pipe switch that controls the electrolyte of the battery pack to alternately flow into one of the two liquid flow configuration chambers, and the electroly
  • Each of the liquid flow arranging chambers is completely symmetrical; the liquid flow arranging chambers are respectively provided with heating/cooling tubes for heating or cooling the electrolyte; and the lower portions of the respective liquid flow arranging chambers are respectively provided with
  • the sediment discharge pipe of the switch is provided with an inclined structure for sliding the sediment toward the sediment discharge pipe at the bottom of each of the liquid flow distribution chamber casings.
  • the pump liquid chamber is provided with a pump liquid chamber cleaning liquid inlet tube with a switch and a pump liquid chamber cleaning liquid outlet tube for cleaning the inside of the device.
  • the liquid dispenser includes a liquid distribution tank, an upper cover adapted to the liquid distribution tank, and a liquid level display located outside the liquid distribution tank housing for displaying a liquid level state in the liquid distribution tank;
  • the liquid distribution tank is a trough-shaped structure in which a hollow window is vertically permeable in the middle and a groove is surrounded by the tank; each of the inlet pipes communicating with the single cells is located at the bottom of the tank; the liquid supply pipe of the liquid flow pump Communicating with the groove;
  • the lower surface of the upper cover has a "mouth” shaped tongue adapted to the hollow window of the liquid distribution tank, and the tenon is when the upper cover is over the liquid distribution groove a hollow window that fits or is embedded in the liquid distribution tank to form a hydrogen gas transmission passage;
  • a voltage current regulator, a current voltage display and an electric energy output end located outside the liquid dispenser are respectively connected to the electric current through the conductive connection in the liquid distribution tank
  • the unit cell has a cavity structure, including a liquid separation chamber, a battery reaction chamber and a liquid separation chamber separated from each other; the electrolyte in the dispenser flows through the inlet pipe to the liquid separation chamber, and then a liquid inlet pipe at a lower portion of the dividing chamber flows into the battery reaction chamber; and a liquid-feeding cutter having a rotatable and grid structure is installed above the liquid-dividing partitioning chamber, and the electrolyte flowing into the dividing chamber
  • the liquid is injected into the rotating inlet cutter grid, and is flown by the grid of the liquid inlet cutter;
  • the battery reaction chamber has at least one side wall as an air electrode, and the aluminum alloy located in the reaction chamber of the battery
  • the electrode constitutes an electrode group; the aluminum alloy electrode is located in the battery reaction chamber and is fixed in the positioning groove; the aluminum alloy electrode and the air electrode are respectively electrically connected to the aluminum alloy electrode current collecting plate and the air electrode current collecting plate of the battery group Coupling, the generated hydrogen gas is discharged outward through the open opening
  • the electrolyte in the battery reaction chamber flows into the confluence zone through the overflow trough, and flows into the lower liquid discharge zone through the manifold; the lower part of the liquid discharge zone has the liquid discharge pipe and the two liquid flows
  • the configuration chamber is in communication; in the liquid discharge area and below the nozzle of the manifold, a liquid-cutting cutter with a rotatable and grid structure is arranged, and the electrolyte flowing out of the manifold is just injected into the grid of the liquid discharge cutter. Above, that is, the electrolyte is cut into the liquid discharge zone after being cut off by the grid of the liquid discharge cutter.
  • the lower part of the battery reaction chamber may also be a prismatic cavity having a large upper and lower sides and having n sides, the side surface and the bottom surface of the prismatic cavity are embedded with air electrodes;
  • the lower portion has a sloped structure parallel to the air electrode.
  • the liquid inlet cutter and the liquid discharge cutter are self-contained rotating shafts that can be rotated by the electrolyte under the impact of the electrolyte to break the flow; or a circuit-controlled opening and closing structure for shutting off the flow The electrolyte flow is passed.
  • a liquid flow baffle is arranged at a port of the liquid discharge pipe of each liquid flow arrangement chamber, wherein the liquid flow baffle is connected to the liquid discharge pipe by a plurality of connecting columns, and each connecting column is spaced apart from each other, and the liquid discharging is arranged
  • the electrolyte in the tube flows out from the interval between the respective connecting columns.
  • the aluminum alloy electrode and the air electrode in the battery reaction chamber are one or more groups; in multiple groups, each aluminum alloy electrode and air electrode are respectively connected in series or in parallel, and are respectively electrically coupled to the aluminum alloy electrode current collecting plate and air. Electrode current collector.
  • a cleaning liquid outlet pipe is connected to the liquid inlet pipe between the liquid inlet dividing chamber and the battery reaction chamber, and the cleaning liquid outlet pipe is provided with a cleaning liquid outlet switch.
  • a cleaning liquid outlet pipe is further connected to the liquid outlet pipe of the liquid discharge dividing chamber, and the cleaning liquid outlet pipe is provided with a cleaning liquid outlet pipe switch.
  • the technical solution of the present invention to solve the above technical problem is to provide a liquid flow mode of a high-power aluminum-air battery system, the high-power aluminum-air battery system being at least two single aluminum-air batteries connected to each other Electrically connected in series or in parallel to form a battery pack; two flow arrangement chambers are disposed under the battery pack, and a liquid dispenser is disposed above the battery pack; the individual aluminum-air batteries are passed through respective discharge tubes Communicating with the liquid flow arranging chamber; the liquid flow arranging chamber is in communication with the pump liquid chamber via its respective infusion tube; the pump liquid chamber communicates with the liquid flow pump through the sputum tube, and the liquid supply tube of the liquid flow pump The dosing device is in communication; the dosing device communicates with each of the single aluminum-air batteries located under the liquid inlet pipe; the electric energy output end located outside the battery pack and the air electrode current collecting of the battery pack respectively The plate is connected to the aluminum alloy electrode current collecting plate and externally supplied with power; the liquid flow mode of the high-power aluminum-air battery
  • the aforementioned "precipitate sedimentation treatment process” includes the exclusion of sediment from the sediment discharge pipe at the lower portion of each of the liquid flow arrangement chambers.
  • the electrolyte flowing out through the liquid outlet pipe is first cut off by the rotating liquid-dividing chamber electrolyte cutter in the divided chambers of the electrode chambers, and then flows into the liquid-dividing chamber, and then flows into the battery through the liquid inlet tube.
  • the overflow tank flows into the confluence area.
  • the electrolyte flowing out through the manifold is broken by the rotating liquid discharge cutter and then flows into the liquid discharge zone; the liquid discharge pipe flows into the liquid flow arrangement chamber.
  • the patent also proposes a cleaning method of a high-power aluminum-air battery system, wherein the high-power aluminum-air battery system is at least two single aluminum-air batteries electrically connected in series or electrically connected in parallel to form a battery pack; Two flow arrangement chambers are disposed below the group, and a liquid dispenser is disposed above the battery pack; the individual aluminum-air batteries are communicated with the liquid flow arrangement chamber through respective outlet tubes; the liquid flow The configuration chamber communicates with the pump liquid chamber through its respective infusion tube; the pump liquid chamber communicates with the liquid flow pump through a liquid discharge tube, and the liquid supply tube of the liquid flow pump communicates with the liquid dispenser; the liquid dispenser passes Each of the liquid inlet tubes is in communication with each of the single aluminum-air batteries located under the battery; the power output end located outside the battery pack is respectively connected to the air electrode current collecting plate and the aluminum alloy electrode current collecting plate of the battery pack, and External power supply; when the system stops running, clean the inside; including the following steps:
  • the cleaning of the aluminum-air battery system can also be carried out only by means of a flow arrangement chamber or only by means of a flow arrangement chamber.
  • each single cell has an independent liquid-dividing chamber and a liquid-dividing chamber, and its unique electrolysis
  • the liquid smashing structure effectively solves the short circuit problem between the individual cells in the aluminum-air battery stack;
  • the electrolyte circulation mode adopted by the battery structure ensures the electrode surface during the high-power operation of the aluminum-air battery system Ion diffusion and timely removal of by-products from the electrode surface and subsequent automatic precipitation;
  • the liquid distribution of the dosing device used in the battery structure and the liquid level display configured ensure the electrolyte in each individual cell More uniform distribution at the same flow rate is more conducive to the uniformity of the discharge performance of each unit cell in the battery pack;
  • the battery structure adopts a two-flow configuration chamber, and the liquid flow arrangement chamber is provided with a liquid flow.
  • the baffle plate and the side plate and the bottom plate of the liquid flow arrangement chamber adopt a tilting structure to ensure rapid sedimentation and timely discharge of the sediment in the electrolyte; a temperature control device is arranged in the liquid flow arrangement chamber structure to ensure the system
  • the temperature of the electrolyte is constant during operation;
  • the specially-configured cleaning structure ensures safe and reliable long-term operation of the system;
  • the aluminum alloy electrode can be greatly extended by using a cylindrical aluminum electrode with a bottom tilt and an air electrode opposite to the inclined bottom of the aluminum alloy electrode. The discharge time, thus extending the operating time of the system after the addition of the aluminum alloy electrode.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a preferred embodiment of a high-power aluminum-air battery system of the present invention, viewed from the front of the battery system;
  • Figure 2 is a front elevational view of the battery system of the preferred embodiment
  • FIG. 3 is a schematic projection view of the preferred embodiment battery system after removing one side support plate of the battery pack 3;
  • FIG. 4 is a schematic projection view of the liquid flow configuration chamber 2 of the preferred embodiment battery system;
  • Figure 5 is a schematic view showing the axial projection of the preferred embodiment of the flow configuration chamber 2 as viewed from above;
  • Figure 6 is a schematic cross-sectional view of the section taken along the line A-A of Figure 5;
  • Figure 7 is a schematic enlarged projection view of the portion D of Figure 6;
  • Figure 8 is a schematic projection view of the dispenser 9 of the preferred embodiment.
  • Figure 9 is a schematic projection view of the dispenser 9 after removing the upper cover 93;
  • Figure 10 is a schematic projection view of the dispenser 9 as viewed from the bottom;
  • Figure 11 is a schematic projection view of the dispenser upper cover 93
  • Figure 12 is a schematic projection view of the dispenser upper cover 93 as viewed from the bottom;
  • Figure 13 is a schematic projection view of the unit cell 34
  • Figure 14 is a cross-sectional, isometric projection view of the D-D section of Figure 13;
  • Figure 15 is a cross-sectional, isometric projection view of the cross section of Figure 13 B-B;
  • Figure 16 is a schematic perspective view showing the internal structure of a single aluminum-air battery 34 with the side plates removed;
  • Figure 17 is a schematic projection view of the aluminum-air battery system after removing one side support plate of the battery pack 3;
  • Figure 18 is a single aluminum-air battery using the prismatic aluminum electrode 311 in the preferred embodiment.
  • Figure 19 is a cross-sectional, isometric view of the section E-E of Figure 18;
  • Figure 20 is a bottom elevational view of Figure 18.
  • a preferred embodiment of the present invention is: designing, producing a high power aluminum-air battery system comprising a single unit aluminum-air battery 34, in particular the unitary aluminum-air battery 34 is at least Two, electrically connected in series or in parallel in parallel to form a battery pack 3; below the battery pack 3 are provided two flow arrangement chambers 1, 2, above the battery pack 3 is a dosing device 9;
  • the single aluminum-air battery 34 communicates with the liquid flow arrangement chambers 1, 2 via respective outlet tubes 348;
  • the liquid flow arrangement chambers 1, 2 communicate with the pump liquid chamber 5 via their respective infusion tubes 11, 21;
  • the pump liquid chamber 5 communicates with the liquid flow pump 7 through a sputum tube 71, and the liquid supply tube 72 of the liquid flow pump 7 communicates with the liquid distributor 9;
  • the liquid dispenser 9 is located through each of the liquid inlet tubes 91.
  • Each of the individual aluminum-air batteries 34 underneath is in communication; when the aluminum-air battery system is in operation, the outlet pipe switches of the outlet pipe 348 connected to the liquid flow arrangement chambers 1, 2 are respectively adjusted, and the control station
  • the electrolyte of the battery pack 3 alternately flows into one of the two liquid flow arrangement chambers, and the electrolyte solution is in the liquid flow arrangement chamber 1 or 2, the pump liquid chamber 5,
  • the liquid distributor 9 and the battery pack 3 are circulated, and the other liquid flow arrangement chamber 2 or 1 is in the process of electrolyte standing, sediment sedimentation treatment, and sediment discharge.
  • the battery system outputs electrical energy through the power output terminals 40+ and 40 at the battery pack 3, and controls the current or voltage output of the battery system by adjusting the current voltage regulator 81 of the battery system.
  • the current and voltage display 82 of the battery system is used to display the magnitude of the external output current and voltage.
  • each of the aluminum alloy electrodes 311 in the unit cells 34 will continue to dissolve.
  • a small amount of hydrogen generated along with the continuous dissolution of the aluminum alloy electrode 311 is output through the gas outlet 933 located on the dispenser upper cover 93.
  • each of the liquid flow disposition chambers 1 and 2 has a completely symmetrical structure; and the respective liquid flow disposition chambers 1 and 2 are respectively provided with heating for heating or cooling the electrolyte/
  • the tubes 14, 24 are cooled to maintain a constant electrolyte temperature during operation of the battery system.
  • Sediment discharge pipes 15, 25 having switches 151, 251 are respectively disposed at lower portions of the respective liquid flow disposition chambers 1, 2, and at the bottom of each of the liquid flow disposition chambers 1, 2, a sediment is caused to slide toward the sediment
  • the precipitate discharges the inclined structure 252 on one side of the tubes 15, 25 to ensure that the precipitate in the electrolyte can smoothly exit the battery system through the sediment discharge tube of the liquid flow arrangement chamber.
  • a flow baffle 3481 is provided at a port of the liquid outlet pipe 348 of each of the liquid flow disposition chambers 1, 2, and the liquid flow baffle 3481 is connected to the liquid discharge pipe 348 by a plurality of connecting columns 3482, and each connecting post 3482 There are intervals between each other, and the electrolyte in the liquid discharge pipe 348 flows out from the interval between the respective connection columns 3482.
  • the electrolytes in each of the single-cell aluminum-air batteries 34 are controlled to flow alternately by adjusting the switches 3843 and 3484 on the outlet pipe 348 of the single aluminum-air battery 34, respectively.
  • liquid flow arrangement chamber 1 or the liquid flow arrangement chamber 2 to ensure that one of the liquid flow arrangement chamber 1 and the liquid flow arrangement chamber 2 is in the process of electrolyte standing, sediment sedimentation and discharge treatment, and the other is in electrolysis
  • the pump liquid chamber 5 is provided with a pump liquid chamber cleaning liquid inlet pipe 61 with a switch and a pump liquid chamber cleaning liquid outlet pipe 62 with a switch for stopping the operation of the aluminum-air battery system.
  • the pump liquid chamber 5 is cleaned and set separately by control In the pump liquid chamber cleaning liquid inlet pipe 61, the pump liquid chamber cleaning liquid inlet pipe switch and the pump liquid chamber cleaning liquid outlet pipe 62 on the pump liquid chamber cleaning liquid outlet pipe switch, to realize the inflow and outflow of the cleaning liquid .
  • the dosing device 9 includes a liquid distribution tank 92, an upper cover 93 adapted to the liquid distribution tank 92, and an outer side of the liquid distribution tank 92 for displaying the liquid preparation.
  • the liquid level display 94 in the liquid level state in the tank 92 observes the liquid level state in the liquid distributor 9 through the liquid level display 94, thereby regulating the electrolyte pressure in the liquid inlet tubes 91 of the liquid distributors;
  • the liquid distribution tank 92 is a trough-shaped structure in which a hollow window 95 is vertically permeable in the middle and a groove 96 is arranged in the periphery; and each of the liquid inlet pipes 91 communicating with the unit cells 34 is located at the bottom of the tank 96;
  • the liquid supply pipe 72 of the liquid flow pump 7 is in communication with the groove 96;
  • the lower surface of the upper cover 93 has a "mouth" shaped convex 931 adapted to the hollow window 95 of the liquid distribution tank 92, when the upper portion When the cover
  • the 81 and the current-voltage display 82 are respectively connected to the bottom of the dosing tank 92 through the electrically conductive connection 84 located in the dosing tank 92
  • the aluminum alloy electrode current collecting plate 31 of the battery pack 3 is connected to the air electrode current collecting plate 32; the conductive connection 84 on the inner side of the liquid distributor 9 is covered with a corrosion-resistant insulating material to be isolated from the electrolyte.
  • the small amount of hydrogen generated by each of the unit cells 34 is discharged from the air outlet 933 provided on the upper cover 93 via the hydrogen output passage formed by the hollow window 95 of the liquid distribution tank 92 and the tenon 931 of the upper cover 93.
  • the unit cell 34 has a cavity structure including a liquid inlet partitioning chamber 341, a battery reaction chamber 342, and a liquid discharge dividing chamber 343 which are separated from each other; the electrolyte solution in the liquid distributor 9 is
  • the liquid inlet pipe 91 flows into the liquid inlet dividing chamber 341, and then flows into the battery reaction chamber 342 through the liquid inlet pipe 3411 located at the lower portion of the dividing chamber 341; above the liquid inlet dividing chamber 341, the electrolyte inlet of the inlet pipe 91 is filled.
  • At least one side wall of the battery reaction chamber 342 is an air electrode 321 .
  • the air electrode 321 is mounted on the front and rear frames of the outer casing of each unit cell reaction chamber 342, and the aluminum alloy electrode located in the battery reaction chamber 342.
  • 311 constitutes an electrode group, and the air electrode 321 and the aluminum alloy electrode 311 are separated by an electrolyte; the aluminum alloy electrode 311 is embedded in the positioning groove 3421 of the battery reaction chamber wall; the aluminum alloy electrode 311 and the air electrode 321
  • the aluminum alloy electrode current collecting plate 31 and the air electrode current collecting plate 32 of the battery pack 3 are respectively electrically coupled, and the hydrogen generated by the battery operation enters the hydrogen output of the liquid distributor 9 through the open opening of the upper portion of the battery reaction chamber 342. The passage is discharged outward.
  • the battery reaction chamber 342 and the liquid separation chamber 343 are separated by an inner partition wall 345, and an overflow tank 346 is left at the upper end of the inner partition wall 345 to communicate with each other; the liquid separation chamber 343 is separated by a diaphragm to be upper and lower.
  • the electrolyte in the battery reaction chamber 342 flows into the confluence area 3431 through the overflow tank 346, flows into the lower liquid outlet area 3432 through the confluence pipe 3433, and the liquid discharge pipe 348 in the lower portion of the liquid discharge area 3432. It communicates with the two liquid flow arrangement chambers 1, 2.
  • a liquid-cutting cutter 3434 having a rotatable, grid structure is installed, and the electrolyte flowing out of the manifold 3433 is just injected into the grid of the liquid discharge cutter 3434.
  • the electrolyte is pulverized by the grid of the liquid discharge cutter 3434 before flowing into the liquid discharge zone 3432.
  • the liquid inlet cutter 349 and the liquid discharge cutter 3434 for cutting off the electrolyte flow are self-contained shafts, which can be rotated by the electrolyte to rotate the electrolyte flow; or the circuit
  • the controlled opening and closing structure is used to cut off the flow of electrolyte flowing through.
  • the aluminum alloy electrode 311 and the air electrode 321 are kept at an appropriate interval.
  • the aluminum alloy electrode 311 and the air electrode 321 in the battery reaction chamber 342 are one or more groups; in multiple groups, the aluminum alloy electrodes 311 and the air electrode 321 are respectively connected in series or in parallel, and are respectively electrically connected to the aluminum alloy.
  • the electrolyte enters the cell reaction chamber 342 from the bottom of the cell reaction chamber 342 through the cell reaction chamber inlet pipe 3411, and flows through the space between the aluminum alloy electrode 311 and the air electrode 321 by the cell.
  • the reaction chamber overflow tank 346 flows into the unit cell discharge partition chamber 343.
  • the aluminum alloy electrode 311 located in the cell reaction chamber 342 and in the electrolyte solution undergoes an anodic dissolution reaction, and an oxygen reduction reaction occurs on the surface of the air electrode in contact with the electrolyte.
  • the current generated by the above electrode reaction is output from the electric energy output terminals 40+, 40- via the aluminum alloy electrode current collecting plate 31 and the air electrode current collecting plate 32.
  • the electrolyte flows into the confluence zone 3431 of the cell discharge compartment 343 through the cell reaction chamber overflow tank 346, flows out through the manifold 3433, and is interrupted by the cell separation chamber electrolyte breaker 3434. Short circuits between individual cells in the aluminum-air battery system are prevented. Thereafter, the electrolyte enters the liquid flow distribution chamber 1 or the liquid flow distribution chamber 2 through the unit discharge pipe 348.
  • the unit cell inlet chamber electrolyte breaker 349 located in the unit cell inlet compartment 341 and the unit cell outlet compartment electrolyte breaker 3434 located in the unit cell outlet compartment 343 are also A circuit-controlled opening and closing structure can be used to break the electrolyte flow.
  • the position of the power output terminals 40+, 40- can be set at different positions of the system as needed.
  • the liquid flow mode of the aluminum-air battery system is: the electrolyte injected into the liquid flow arrangement chamber 1 or 2 flows into the pump liquid chamber 5 through the infusion tube 11 or 21; the liquid flow pump 7 The electrolyte in the pump liquid chamber 5 is taken up by the sputum tube 71, and is pumped into the liquid distributor 9 through the liquid supply tube 72; the electrolyte solution in the liquid distributor 9 flows into the respective monomers through the respective liquid outlet tubes 91.
  • the battery 34 the electrolyte flows into the liquid flow arrangement chamber 1 or the liquid flow arrangement chamber 2 through the liquid outlet tube 348 of each unit cell 34, and the electrolyte solution is in the liquid flow arrangement chamber 1 or 2, the pump liquid chamber 5, and the liquid preparation Circulating between the device 9 and each of the cells 34, and another flow
  • the configuration chamber 2 or 1 is in the process of the electrolyte being left to stand and the sediment is settled, and thus reciprocating.
  • the "precipitate sedimentation treatment process” includes removing precipitates outward through the sediment discharge pipe 25 or 15 at the lower portion of each of the liquid flow arrangement chambers.
  • the "flowing through the individual cells 34 of the dispenser 9 into each of the cells 34" further includes the following steps:
  • the electrolyte flowing out of the outlet pipe 91 is first placed in the inlet dividing chamber 341.
  • the rotating liquid inlet cutter 349 is broken and flows into the liquid separation chamber 341, and then flows into the battery reaction chamber 342 through the liquid inlet tube 3411, and then flows into the confluence area 3431 from the overflow chamber 346 through the manifold 3343.
  • the discharged electrolyte flows into the liquid discharge zone 3432 by the rotating liquid discharge cutter 3434, and flows into the liquid flow distribution chamber 1 or 2 through the liquid discharge pipe 348.
  • a cleaning liquid outlet pipe 65 is connected to the inlet pipe 3411 between the liquid inlet dividing chamber 341 and the battery reaction chamber 342, and the cleaning liquid outlet pipe 65 is provided with a cleaning liquid outlet switch 64.
  • a cleaning liquid outlet pipe 67 is also connected to the unit battery outlet pipe 348, and a cleaning liquid outlet pipe switch 66 is attached to the cleaning liquid outlet pipe 67.
  • the entire system can be cleaned as needed: the electrolyte in the liquid flow arrangement chamber 1 and the liquid flow arrangement chamber 2 is discharged through the respective sediment discharge tubes 15, 25 After the discharge, the sediment discharge pipe switches 151, 251 are closed. .
  • the pump liquid chamber cleaning liquid outlet pipe switch is closed.
  • the switch of the pump liquid chamber cleaning liquid inlet pipe 61 is opened, and the cleaning liquid flows from the pump liquid chamber cleaning liquid inlet pipe 61. Under the action of the liquid flow pump 7, the cleaning liquid enters the dosing liquid via the liquid flow pump dip tube 72.
  • the dispenser 9 cleans the dispenser 9.
  • the cleaning liquid passes through the dispenser outlet pipe 91 to enter the unit cell 34, and the inlet dividing chamber 341, the battery reaction chamber 342, and the liquid discharging chamber 343 in the unit cell 34 are cleaned.
  • the switches 3483 and 3484 of the outlet pipe 348 of the unit cell are controlled to control the flow of the cleaning liquid into the liquid flow arrangement chamber 1 or the liquid flow arrangement chamber 2, and the liquid flow arrangement chamber 1 or the liquid flow arrangement chamber 2 is separately cleaned.
  • the cleaning liquid enters the pumping chamber 5 through the infusion tube 11 of the liquid flow arrangement chamber 1 or the infusion tube 21 of the liquid flow arrangement chamber 2. Under the action of the flow pump 7, the cleaning fluid circulates throughout the system until the cleaning is completed.
  • the liquid flow pump 7 is turned off, and the cleaning liquid in the pump liquid chamber 5 is discharged from the pump liquid chamber cleaning liquid discharge pipe 62.
  • the sediment discharge pipe switches 151, 251, the cleaning liquid discharge switches 64, 66 are opened, and the cleaning liquids in the liquid flow arrangement chamber 1, the liquid flow arrangement chamber 2, and the electrode chamber 34 are respectively discharged from the respective liquid flow arrangement chambers 1.
  • the sediment discharge pipes 15 and 25 and the cleaning liquid discharge pipes 65 and 67 are discharged to complete the cleaning of the entire aluminum-air battery system.
  • the cleaning of the aluminum-air battery system can also be carried out only by means of the flow arrangement chamber 1 or only by means of the flow arrangement chamber 2.
  • Another preferred embodiment of the present invention is to employ a similar battery system structure as in the previous example, except that the lower portion of the battery reaction chamber 342 of the unit cell 34 is upper and lower, and has n a prismatic cavity on the side, the air electrode 321 is embedded in the side surface and the bottom surface of the prismatic cavity; n prismatic aluminum alloy electrodes 311 are embedded in the battery reaction chamber, and they are located in the battery reaction chamber The n air electrodes 321 of the lower prismatic cavity side wall are correspondingly formed to form a plurality of sets of electrode groups; each of the aluminum alloy electrodes 311 faces the air electrode 321 side corresponding thereto, and has a parallel with the air electrode 321 Bevel structure. Where ⁇ 1 is.
  • the aluminum alloy electrodes 311 and the air electrodes 321 are respectively connected in series or in parallel, and are electrically coupled to the aluminum alloy electrode current collecting plates 31 and the air electrode current collecting plates 32, respectively.
  • four prismatic aluminum alloy electrodes are used as an example: four battery electrodes 342 having a bottom inclined prism shape are placed in the battery back chamber 342 of the unit cell 34, and the battery reaction of the unit cell 34 is performed.
  • the lower portion of the chamber 342 is a prismatic cavity having a large upper and a lower surface and having n sides, and the air electrode 321 is embedded in the side surface and the bottom surface of the prismatic cavity; the air electrode 321 is located around the single cell reaction chamber casing 3420.
  • the positioning frame 3110 on the battery reaction chamber 342 is used for fixing four prismatic aluminum alloy electrodes 311 which are located inside the battery reaction chamber 342 and are located outside the battery reaction chamber 342.
  • the air electrodes 321 are kept at an appropriate interval.
  • the support frame 3112 of the aluminum alloy electrode 311 is located at the bottom of the aluminum alloy electrode 311 to support the aluminum alloy electrode 311.
  • the flow pattern of the electrolyte in this example is the same as in the previous example.
  • the number, position, and shape of the air electrodes 321 in the unit cells 34 may be different according to requirements, and the number, position, and shape of the aluminum alloy electrodes 311 may be adapted accordingly. .

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Description

大功率铝-空气电池系统 技术领域 本发明涉及直接将化学能转化为电能的装置， 尤其涉及以水溶液为电解质的金 属燃料电池， 特别是涉及用铝-空气电池输出大功率电能的装置。
背景技术 铝-空气电池是一种新型高能化学电源， 它以铝合金为负极， 空气电极为正极、 中性或碱性水溶液为电解液， 电池运行过程中通过消耗铝合金负极和空气中的氧气对外输出 电能。 铝-空气电池不需充电， 电池运行过程中可通过补充消耗的铝合金负极材料以维持电 池持续运行， 故也称为金属燃料电池。 中性铝-空气电池以食盐水或海水为电解液， 碱性铝- 空气电池以氢氧化钠或氢氧化钾水溶液为电解液。
在先中国专利 91109160.2 名为 "中性铝 -空气电池及其制备方法"公开了一种采用两单体电 池构成的电池组， 这种电池组结构采用密封工艺制成， 电池组使用过程产生的反应沉积物无 法及时清除。
在先中国专利 99251233.5名为 "铝空气电池"公开了一种铝空电池的结构， 该结构采用 整体组合式栅栏阳极， 方便更换， 同时组合式栅栏阳极可以移离电解液液面， 以避免自行放 电耗损阳极， 并采用循环流动的电解液可以冲刷铝板表面， 避免反应沉积物遮蔽铝板。 但这 种电池在工作时， 因只有一个电池室， 故电池电压低， 且反应沉积物随电解液在电池内部流 动， 不易清除。
发明内容 本发明要解决的技术问题在于避免上述现有技术的不足之处而提出一种大功率 铝-空气电池系统及其液流方式， 解决现有技术铝 -空电池沉淀物难以清除、 电池组中单体电 池间液流短路以及液流温度控制等问题。
本发明为解决上述技术问题而提出的技术方案是， 一种大功率铝-空气电池系统， 包括 单体铝 -空气电池， 而所述铝 -空气电池至少是由两个、 彼此以电串联或者电并联连接成电池 组； 该电池组的下方设有两个液流配置室， 在该电池组的上方是配液器； 所述各单体铝-空 气电池经各自的出液管与所述液流配置室相通； 该液流配置室经其各自的输液管与泵液腔相 通； 所述泵液腔通过汲液管与液流泵相通， 该液流泵的送液管与所述配液器相通； 该配液器 通过各进液管同位于其下方的各单体铝-空气电池相通； 铝-空气电池系统运行时， 分别调节 与所述液流配置室相连接的所述出液管的出液管开关， 控制所述电池组的电解液交替流入所 述两液流配置室之一， 电解液在该液流配置室、 泵液腔、 配液器和电池组之间循环， 而另一 液流配置室则处于电解液静置、 沉淀物沉降处理过程中； 位于该电池组外侧的电能输出端分 别与所述电池组的空气电极集流板和铝合金电极集流板相连通， 并对外供电。 所述各液流配置室是完全对称的结构； 所述各液流配置室分别设置有用于对电解液进行 加热或冷却的加热 /冷却管； 所述各液流配置室的下部分别设置带有开关的沉淀物排出管， 在所述各液流配置室壳体底部、 设有令沉淀物滑向所述沉淀物排出管一侧的倾斜式结构。
所述泵液腔上设置有带有开关的泵液腔清洗液进液管和泵液腔清洗液出液管， 用于对所 述装置内部的清洗。
所述配液器包括配液槽、 与该配液槽相适配的上盖和位于该配液槽壳体外侧的、 用于显 示该配液槽内液面状态的液面显示器； 所述配液槽是中部有上下可通透中空窗、 四周为槽渠 的槽形结构； 与所述各单体电池连通的各进液管位于该槽渠底部； 所述液流泵的送液管与槽 渠连通； 所述上盖下表面有与所述配液槽的中空窗相适配的 "口"字形的凸楞， 当该上盖盖 在所述配液槽上时， 该凸楞恰好套住或嵌入所述配液槽的中空窗， 构成氢气传输通道； 位于 该配液器外部的电压电流调节器、 电流电压显示器和电能输出端通过位于配液槽内的导电连 接分别与该配液槽底部所述电池组的铝合金电极集流板和空气电极集流板相连； 所述各单体 电池产生的氢气经由配液槽中空窗和上盖的凸楞构成的氢气传输通道， 从设置在所述上盖上 的出气口向外排出。
所述单体电池具有腔体结构， 包括彼此分隔的进液分割室、 电池反应室和出液分割室； 所述配液器内的电解液经进液管流至进液分割室， 再经该分割室下部的进液管流入电池反应 室； 在该进液分割室上方、 进液管电解液流入处， 装有可转动、 栅格结构的进液切割器， 流 进该分割室的电解液恰好注入转动的进液切割器栅格上， 被该进液切割器的栅格斩断后流 入； 所述电池反应室至少有一侧壁为空气电极， 与位于所述电池反应室内的铝合金电极构成 电极组； 所述铝合金电极位于该电池反应室内， 并固定于定位槽中； 所述铝合金电极和空气 电极分别与该电池组的铝合金电极集流板和空气电极集流板电联接， 所产生的氢气通过该电 池反应室上部的敞开口进入所述配液器的氢气传输通道向外排出； 所述电池反应室与出液分 割室由一内隔壁相隔， 在该内隔壁上端留有溢流槽令两者相通； 该出液分割室被一横隔分隔 为上下两区： 汇流区和出液区， 横隔上设有向下导通的汇流管； 所述电池反应室内的电解液 经溢流槽流入所述汇流区， 经汇流管流入其下部的出液区； 所述出液区的下部有所述出液管 与所述两个液流配置室相通； 在所述出液区内、 汇流管管口的下方， 装有可转动、 栅格结构 的出液切割器， 由汇流管流出的电解液恰好注入该出液切割器的栅格上， 即该电解液是被该 出液切割器的栅格斩断后才流进该出液区。
所述电池反应室的下部也可以是具有上大下小、 有 n个侧面的棱柱形空腔， 该棱柱形空 腔的侧面和底面均嵌装有空气电极； 所述电池反应室内嵌插有 n个棱柱形的铝合金电极， 这 n个棱柱形的铝合金电极与电池反应室下部各侧壁的 n个空气电极一一对应， 形成多组电极 组； 所述的 n个棱柱形铝合金电极面向与之对应的空气电极一侧， 其下部具有与该空气电极 平行的斜面结构。
所述进液切割器和出液切割器是自带转轴的、 可在电解液冲击下自行转动来斩断流过的 电解液液流； 或者是采用电路控制开合结构， 用来斩断流过的电解液液流。
在所述各液流配置室的出液管的端口处设有液流档板， 该液流档板由数根连接柱与出液 管相连， 各连接柱彼此存有间隔， 所述出液管内的电解液从各连接柱之间的间隔流出。
所述电池反应室内的铝合金电极和空气电极是一组或多组； 多组时， 各铝合金电极和空 气电极分别串联或并联， 再分别电联接至所述铝合金电极集流板和空气电极集流板。
所述进液分割室和电池反应室之间的进液管上连接有清洗液出液管， 该清洗液出液管上 装有清洗液出液开关。
所述出液分割室的出液管上还连接有清洗液出液管， 该清洗液出液管上装有清洗液出液 管开关。
本发明为解决上述技术问题又提出的技术方案是， 提供一种大功率铝-空气电池系统的 液流方式， 所述大功率铝 -空气电池系统至少是由两个单体铝-空气电池彼此电串联或者电并 联连接成电池组； 该电池组的下方设有两个液流配置室， 在该电池组的上方是配液器； 所述 各单体铝 -空电池经各自的出液管与所述液流配置室相通； 该液流配置室经其各自的输液管 与泵液腔相通； 所述泵液腔通过汲液管与液流泵相通， 该液流泵的送液管与所述配液器相 通； 该配液器通过各进液管同位于其下方的各单体铝-空电池相通； 位于该电池组外侧的电 能输出端分别与所述电池组的空气电极集流板和铝合金电极集流板相连通， 并对外供电； 所 述大功率铝-空气电池系统的液流方式是： 注入所述液流配置室内的电解液经输液管流入泵 液腔； 所述液流泵通过汲液管汲取泵液腔内的电解液， 经送液管泵入所述配液器内； 所述配 液器内的电解液经各出液管流入单体电池， 电解液经各单体电池的出液管流向所述两液流配 置室之一， 电解液在该液流配置室、 泵液腔、 配液器和各单体电池之间循环， 而另一液流配 置室则处于电解液静置、 沉淀物沉降处理过程中， 如此循环往复。
前述的 "沉淀物沉降处理过程"包括通过所述各液流配置室下部沉淀物排出管向外排除 沉淀物。
前述的 "经所述配液器的各出液管流入各单体电池"， 还括如下步骤：
所述经出液管流出的电解液先被所述各电极室的分割室内的、 旋转着的进液分割室电解液切 割器斩断后流入进液分割室、 再经进液管流进电池反应室内， 再由溢流槽流入所述汇流区， 经汇流管流出的电解液被旋转着的出液切割器斩断之后流入出液区； 经所述出液管流入液流 配置室。
本专利还提出一种大功率铝-空气电池系统的清洗方式， 所述大功率铝-空气电池系统至 少是由两个单体铝-空气电池彼此电串联或者电并联连接成电池组； 该电池组的下方设有两 个液流配置室， 在该电池组的上方是配液器； 所述各单体铝-空电池经各自的出液管与所述 液流配置室相通； 该液流配置室经其各自的输液管与泵液腔相通； 所述泵液腔通过汲液管与 液流泵相通， 该液流泵的送液管与所述配液器相通； 该配液器通过各进液管同位于其下方的 各单体铝-空电池相通； 位于该电池组外侧的电能输出端分别与所述电池组的空气电极集流 板和铝合金电极集流板相连通， 并对外供电； 在该系统停止运行时， 对其内部进行清洗； 包 括实施如下步骤：
A.打开所述液流配置室的沉淀物排出管开关及泵液腔的泵液腔清洗液出液管开关， 令位于所 述电池系统内的电解液排出之后， 关闭所述各开关；
B.打开泵液腔清洗液进液管的开关， 从该泵液腔清洗液进液管注入清洗液， 所述液流泵通过 汲液管汲取泵液腔内的清洗液， 经送液管泵入所述配液器内对配液器进行清洗； 之后， 清洗 液再经该配液器的各出液管流入所述各单体电池， 对所述单体电池内部进行清洗； 控制所述 各单体电池的出液管的开关， 以控制清洗液流入液流配置室或液流配置室中， 分别对液流配 置室或液流配置室进行清洗； 之后， 清洗液再经液流配置室的输液管或液流配置室的输液管 进入泵液腔， 在液流泵的作用下， 清洗液在整个系统中循环直至清洗结束；
C.关闭液流泵， 将泵液腔中的清洗液从泵液腔清洗液出液管排出； 打开沉淀物排出管开关、 清洗液出液开关， 将液流配置室、 液流配置室和电极室中的清洗液分别从各液流配置室的沉 淀物排出管、 清洗液出液管排出， 完成对整个铝一空气电池系统的清洗；
对所述铝-空气电池系统的清洗也可以只借助于液流配置室或者只借助于液流配置室来进 行。
同现有技术相比较， 本发明的有益效果是:本发明的大功率铝一空气电池系统的电池组中， 各单体电池具有独立的进液分割室和出液分割室， 其独特的电解液斩断结构， 有效地解决了 铝 -空气电池组堆中各单体电池之间的短路问题； 本电池结构采用的电解液循环方式， 确保 了铝一空气电池系统大功率运行过程中电极表面的离子扩散以及副产物从电极表面的及时移 除以及随后的自动沉淀排出； 本电池结构采用的配液器液流分配方式以及所配置的液面显示 器， 保证了电解液在各个单体电池中以相同的流速更均匀地分配， 更加有利于电池组中各单 体电池放电性能的一致性； 本电池结构采用了双液流配置室， 液流配置室的进液设置了液流 挡板， 且液流配置室的侧板和底板采用了倾斜结构， 保证了电解液中沉淀物的快速沉降和及 时排出； 所述液流配置室结构中设置了温控装置， 用以保证系统运行过程中电解液的温度恒 定； 特别设置的清洗结构保证了系统长期运行的安全可靠； 采用底部倾斜的柱形铝合金电极 以及与铝合金电极倾斜底部相对的空气电极， 可大大延长铝合金电极的放电时间， 从而延长 一次补加铝合金电极后系统的运行时间。 本专利提出的这种铝-空气电池系统结构， 适用于 高比能量、 大功率的铝一空气电池系统， 具有安全可靠、 成本低、 对环境无污染的特点， 非 常适合用作动力电池、 电站、 备用电源等大功率的铝一空气电池系统， 应用领域广泛。 附图说明 图 1 是本发明的大功率铝-空气电池系统的优选实施例， 从该电池系统正面看的 轴测投影示意图；
图 2 是所述优选实施例之电池系统的主视示意图；
图 3 是所述优选实施例电池系统除去电池组 3的一侧支撑板后之轴测投影示意图； 图 4 是所述优选实施例电池系统的液流配置室 2的轴测投影示意图；
图 5 是所述优选实施例液流配置室 2从上往下看的轴测投影示意图；
图 6 是图 5 A-A剖面的剖视轴测投影示意图；
图 7 是图 6 D部的放大轴测投影示意图；
图 8是所述优选实施例的配液器 9之轴测投影示意图；
图 9 是所述配液器 9除去上盖 93后的轴测投影示意图；
图 10是所述配液器 9从底部仰视的轴测投影示意图；
图 11 是所述配液器上盖 93的轴测投影示意图；
图 12 是所述配液器上盖 93从底部仰视的轴测投影示意图；
图 13是所述单体电池 34的轴测投影示意图；
图 14 是所述图 13 D-D剖面的剖视轴测投影示意图；
图 15 是所述图 13 B-B剖面的剖视轴测投影示意图；
图 16是去掉侧板的一个单体铝-空电池 34之内部结构轴测投影示意图；
图 17 是所述铝-空电池系统除去电池组 3的一侧支撑板后之轴测投影示意图； 图 18 是所述优选实施例中采用棱柱形铝合极电极 311的单体铝-空气电池 34的轴测投 影示意图；
图 19是图 18 E-E剖面的剖视轴测投影示意图；
图 20 是图 18的底部仰视示意图。
具体实施方式 下面， 结合附图所示之优选实施例进一步阐述本发明。 参考图 1至图 3， 本发明的优选实施例是： 设计、 生产一种大功率铝-空气电池系统， 包 括单体铝-空气电池 34， 特别是所述单体铝-空电池 34至少是两个、 彼此电串联或者电并联 方式连接成电池组 3; 该电池组 3的下方设有两个液流配置室 1、 2， 在该电池组 3的上方是 配液器 9; 所述各单体铝-空气电池 34经各自的出液管 348与所述液流配置室 1、 2相通； 该 液流配置室 1、 2经其各自的输液管 11、 21与泵液腔 5相通； 所述泵液腔 5通过汲液管 71 与液流泵 7相通， 该液流泵 7的送液管 72与所述配液器 9相通； 该配液器 9通过各进液管 91 同位于其下方的各单体铝-空气电池 34相通； 铝-空气电池系统运行时， 分别调节与所述 液流配置室 1、 2相连接的所述出液管 348的出液管开关， 控制所述电池组 3的电解液交替 流入所述两液流配置室之一， 电解液在该液流配置室 1或 2、 泵液腔 5、 配液器 9和电池组 3之间循环， 而另一液流配置室 2或 1则于处于电解液静置、 沉淀物沉降处理及沉淀物排出 过程中。 所述电池系统通过位于电池组 3处的电能输出端 40+和 40—对外输出电能， 通过调节 该电池系统的电流电压调节器 81 控制该电池系统对外输出的电流或者电压大小。 该电池系 统的电流电压显示器 82 用于显示对外输出电流及电压的大小。 该电池系统运行过程中， 处 于单体电池 34中的各铝合金电极 311将不断溶解。 伴随着铝合金电极 311 的不断溶解而生 成的少量氢气经位于配液器上盖 93上的出气口 933输出。
参考图 3至图 7及图 17， 所述各液流配置室 1、 2具有完全对称的结构； 所述各液流配 置室 1、 2分别设置有用于对电解液进行加热或冷却的加热 /冷却管 14、 24, 以维持电池系统 运行过程中电解液温度的恒定。 所述各液流配置室 1、 2的下部分别设置带有开关 151、 251 的沉淀物排出管 15、 25， 在所述各液流配置室 1、 2的底部、 设有令沉淀物滑向所述沉淀物 排出管 15、 25 一侧的倾斜式结构 252， 以保证电解液中的沉淀物能够顺利通过液流配置室 的沉淀物排出管排出电池系统之外。 在所述各液流配置室 1、 2的出液管 348 的端口处设有 液流档板 3481， 该液流档板 3481由数根连接柱 3482与出液管 348相连， 各连接柱 3482彼 此存有间隔， 所述出液管 348内的电解液从各连接柱 3482之间的间隔流出。 所述大功率铝- 空气电池系统运行过程中， 通过分别调节单体铝-空电池 34 的出液管 348 上的开关 3483、 3484， 控制各单体铝-空电池 34内的电解液交替流入液流配置室 1或者液流配置室 2中， 以 保证液流配置室 1和液流配置室 2两者之中， 一个处于电解液静置、 沉淀物沉降及排出处理 过程， 另一个处于电解液在单体电池 34、 液流配置室 2 (或者液流配置室 1 )、 泵液腔 5、 液 配器 9这四者之间的循环过程。
所述泵液腔 5上设置有带有开关的泵液腔清洗液进液管 61 和有带有开关的泵液腔清洗 液出液管 62， 用于在铝-空气电池系统停止运行时对泵液腔 5进行清洗， 通过控制分别设置 在泵液腔清洗液进液管 61上的泵液腔清洗液进液管开关和泵液腔清洗液出液管 62上的泵液 腔清洗液出液管开关， 实现清洗液的流入和流出。
参考图 8至图 12， 所述配液器 9包括配液槽 92、 与该配液槽 92相适配的上盖 93和位 于该配液槽 92壳体外侧的、 用于显示该配液槽 92 内液面状态的液面显示器 94， 通过配液 器液面显示器 94观察处于配液器 9中的液面状态， 据此调控位于各配液器进液管 91的电解 液压力； 所述配液槽 92是中部有上下可通透中空窗 95、 四周为槽渠 96 的槽形结构； 与所 述各单体电池 34连通的各进液管 91位于该槽渠 96底部； 所述液流泵 7的送液管 72与槽渠 96连通； 所述上盖 93下表面有与所述配液槽 92 的中空窗 95相适配的 "口"字形的凸楞 931， 当该上盖 93盖在所述配液槽 92上时， 该凸楞 931恰好套住或嵌入所述配液槽 92的中 空窗 95， 构成氢气输出通道； 位于该配液器 9外部的电压电流调节器 81和电流电压显示器 82通过位于配液槽 92内的导电连接 84分别与该配液槽 92底部所述电池组 3的铝合金电极 集流板 31和空气电极集流板 32相连； 采用耐腐蚀绝缘材料覆盖处于配液器 9内侧的导电连 接 84， 使之与电解液隔离。 所述各单体电池 34产生的少量氢气经由配液槽 92的中空窗 95 和上盖 93 的凸楞 931构成的氢气输出通道， 从设置在所述上盖 93上的出气口 933 向外排 出。
参考图 13至图 16， 所述单体电池 34具有腔体结构， 包括彼此分隔的进液分割室 341、 电池反应室 342和出液分割室 343; 所述配液器 9 内的电解液经进液管 91流至进液分割室 341， 再经位于该分割室 341下部的进液管 3411流入电池反应室 342; 在该进液分割室 341 上方、 进液管 91 电解液流入处， 装有可转动、 栅格结构的进液切割器 349; 由进液管 91流 出的电解液恰好注入转动的进液切割器 349的栅格上， 被该进液切割器 349的栅格斩断后流 入进液分割室 341。
所述电池反应室 342至少有一侧壁为空气电极 321， 本例中所述空气电极 321安装在各 单体电池反应室 342的外壳的前后框架上， 与位于电池反应室 342内的铝合金电极 311构成 电极组， 空气电极 321与铝合金电极 311之间由电解液隔离； 所述铝合金电极 311内嵌在该 电池反应室内壁的定位槽 3421 中； 所述铝合金电极 311和空气电极 321分别与该电池组 3 的铝合金电极集流板 31和空气电极集流板 32电联接， 电池工作所产生的氢气通过该电池反 应室 342上部的敞开口进入所述配液器 9的氢气输出通道向外排出。
所述电池反应室 342与出液分割室 343由一内隔壁 345相隔， 在该内隔壁 345上端留有 溢流槽 346令两者相通； 该出液分割室 343被一横隔分隔为上下两区： 汇流区 3431和出液 区 3432， 横隔上设有向下导通的汇流管 3433。 所述电池反应室 342内的电解液经溢流槽 346流入所述汇流区 3431， 经汇流管 3433流 入其下部的出液区 3432; 所述出液区 3432的下部有所述出液管 348与所述两个液流配置室 1、 2相通。
在所述出液区 3432内、 汇流管 3433管口的下方， 装有可转动、 栅格结构的出液切割器 3434， 由汇流管 3433流出的电解液恰好注入该出液切割器 3434的栅格上， 即该电解液是被 该出液切割器 3434的栅格斩断后才流进该出液区 3432。
用于斩断电解液液流的所述进液切割器 349和出液切割器 3434是自带转轴的、 可在电 解液冲击下自行转动来斩断流过的电解液液流； 或者是电路控制的开合结构， 用来斩断流过 的电解液液流。
所述铝合金电极 311与空气电极 321之间保持适当的间隔。 所述电池反应室 342内的铝 合金电极 311和空气电极 321是一组或多组； 多组时， 各铝合金电极 311和空气电极 321分 别串联或并联， 再分别电连接至所述铝合金电极集流板 31和空气电极集流板 32。 电解液经 单体电池反应室进液管 3411 由单体电池反应室 342的底部进入单体电池反应室 342内， 并 流经铝合金电极 311与空气电极 321之间的间隔空间由单体电池反应室溢流槽 346流入单体 电池出液分割室 343。 铝一空气电池系统运行过程中， 位于单体电池反应室 342内、 处于电 解液中的铝合金电极 311发生阳极溶解反应， 与电解液接触的空气电极表面发生氧气的还原 反应。 上述电极反应生成的电流经由铝合金电极集流板 31和空气电极集流板 32， 由电能输 出端 40+、 40—输出。
电解液经单体电池反应室溢流槽 346流入单体电池出液分割室 343的汇流区 3431 内， 经汇流管 3433流出后被单体电池出液分割室电解液斩断器 3434斩断， 防止了铝-空气电池 系统内各个单体电池之间的短路。 之后， 电解液经单体电池出液管 348进入液流配置室 1或 者液流配置室 2。 位于单体电池进液分割室 341 内的单体电池进液分割室电解液斩断器 349 以及位于单体电池出液分割室 343 内的单体电池出液分割室电解液斩断器 3434也可以采用 电路控制的开合结构来斩断电解液液流。 电能输出端 40+、 40—的位置可以按照需要设置在系 统不同的位置。
本实施例中， 所述铝一空气电池系统的液流方式是： 注入所述液流配置室 1或 2内的电 解液经输液管 11或 21流入泵液腔 5; 所述液流泵 7通过汲液管 71汲取泵液腔 5内的电解 液， 经送液管 72泵入所述配液器 9内； 所述配液器 9内的电解液经各出液管 91流入各单体 电池 34， 电解液经各单体电池 34的出液管 348流入所述液流配置室 1或者液流配置室 2， 电解液在该液流配置室 1或 2、 泵液腔 5、 配液器 9和各单体电池 34之间循环， 而另一液流 配置室 2或 1则处于电解液静置、 沉淀物沉降处理过程中， 如此循环往复。
所述 "沉淀物沉降处理过程"包括通过所述各液流配置室下部的沉淀物排出管 25 或 15 向外排除沉淀物。
所述 "经所述配液器 9的各出液管 91流入各单体电池 34"， 还括如下步骤： 所述从出液 管 91流出的电解液先被位于进液分割室 341 内的、 旋转着的进液切割器 349斩断后流入进 液分割室 341、 再经进液管 3411流进电池反应室 342内， 再由溢流槽 346流入所述汇流区 3431， 经汇流管 3433 流出的电解液被旋转着的出液切割器 3434 斩断之后流入出液区 3432； 再经所述出液管 348流入液流配置室 1或 2。
所述进液分割室 341和电池反应室 342之间的进液管 3411上连接有清洗液出液管 65， 该清洗液出液管 65上装有清洗液出液开关 64。 所述单体电池出液管 348上还连接有清洗液 出液管 67， 该清洗液出液管 67上安装有清洗液出液管开关 66。
本实施例中， 铝 -空气电池系统运行一段时间后， 可根据需要对整个系统进行清洗： 将 液流配置室 1、 液流配置室 2中的电解液经各自的沉淀物排出管 15、 25排出之后， 关闭沉 淀物排出管开关 151、 251。。 将泵液腔内的电解液由泵液腔清洗液出液管 62排出后， 关闭 泵液腔清洗液出液管开关。 打开泵液腔清洗液进液管 61 的开关， 从该泵液腔清洗液进液管 61流入清洗液， 在液流泵 7的作用下， 清洗液经由液流泵汲液管 72进入配液器 9， 对配液 器 9进行清洗。 之后， 清洗液再经配液器出液管 91进入单体电池 34， 对单体电池 34中的 进液分割室 341、 电池反应室 342和出液分割室 343进行清洗。 控制单体电池的出液管 348 的开关 3483、 3484， 以控制清洗液流入液流配置室 1 或液流配置室 2中， 分别对液流配置 室 1或液流配置室 2进行清洗。 之后， 清洗液再经液流配置室 1的输液管 11或液流配置室 2 的输液管 21 进入泵液腔 5。 在液流泵 7 的作用下， 清洗液在整个系统中循环直至清洗结 束。 之后， 关闭液流泵 7， 将泵液腔 5 中的清洗液从泵液腔清洗液出液管 62排出。 同时， 打开沉淀物排出管开关 151、 251、 清洗液出液开关 64、 66， 将液流配置室 1、 液流配置室 2 和电极室 34中的清洗液分别从各液流配置室 1、 2的沉淀物排出管 15和 25、 清洗液出液管 65和 67排出， 完成对整个铝一空气电池系统的清洗。 对铝 -空气电池系统的清洗也可以只借 助于液流配置室 1或者只借助于液流配置室 2来进行。
本发明提出的铝-空气电池系统运行过程中， 通过消耗铝合金电极和空气中的氧气， 对 外输出电能。 在电池系统运行过程中， 与空气电极表面相对面的铝合金电极将不断溶解。 因 此， 通过增加单体电池 34 中与空气电极表面相对面方向上铝合金电极的厚度， 即采用柱形 铝合金电极， 可以延长一次补充铝合金电极后铝-空气电池系统的运行时间。 参考图 18 至 20， 本发明的较佳的另一实例是， 采用同前例中相类似的电池系统结构， 所不同的是： 单体 电池 34的所述电池反应室 342的下部是上大下小、 有 n个侧面的棱柱形空腔， 该棱柱形空 腔的侧面和底面均嵌装有空气电极 321 ; 所述电池反应室内嵌插有 n个棱柱形的铝合金电极 311， 它们与位于电池反应室 342下部棱柱形空腔侧壁的 n个空气电极 321—一对应， 形成 多组电极组； 各所述铝合金电极 311面向与之对应的空气电极 321—侧， 具有与该空气电极 321 平行的斜面结构。 其中 η 1。 所述各铝合金电极 311 和空气电极 321 分别串联或 /并 联， 再分别电联接至所述铝合金电极集流板 31和空气电极集流板 32。 本实施例中采用 4个 棱柱形的铝合金电极为例： 单体电池 34的电池反室 342中放入了 4个具有底部倾斜棱柱形 的铝合金电极， 单体电池 34的所述电池反应室 342的下部是上大下小、 有 n个侧面的棱柱 形腔体， 该棱柱形腔体的侧面和底面均嵌装有空气电极 321 ; 空气电极 321位于单体电池反 应室外壳 3420的四周及底部框架上， 电池反应室 342上的定位框架 3110用于固定 4个棱柱 形铝合金电极 311， 该铝合金电极 311位于该电池反应室 342的内部， 并与位于电池反应室 342外侧的各空气电极 321之间保持适当的间隔。 所述铝合金电极 311 的支撑架 3112位于 该铝合金电极 311的底部， 对铝合金电极 311起支撑作用。 本实例中电解液的液流方式与前 例无异。 实际应用中， 根据需要， 单体电池 34中的空气电极 321 的数量、 位置以及形状可 以不同， 所述铝合金电极 311的数量、 位置以及形状与之配适， 也将相应随之有所变化。

Claims

WO 2013/152670 权 利 要 求 书 PCT/CN2013/073317
1. 一种大功率铝-空气电池系统， 包括单体铝-空气电池 （34)， 其特征在于：
所述单体铝-空气电池 （34) 至少是两个、 彼此电串联或者电并联连接成电池组 （3 ) ; 该电 池组 （3) 的下方设有两个液流配置室 （1、 2)， 在该电池组 （3) 的上方是配液器 （9); 所述各单体铝-空电池 （34) 经各自的出液管 （348) 与所述液流配置室 （1、 2) 相通； 该液 流配置室 （1、 2) 经其各自的输液管 （11、 21 ) 与泵液腔 （5 ) 相通； 所述泵液腔 （5) 通过 汲液管 （71 ) 与液流泵 （7 ) 相通， 该液流泵 （7 ) 的送液管 （72) 与所述配液器 （9 ) 相 通； 该配液器 （9) 通过各进液管 （91 ) 同位于其下方的各单体铝-空电池 （34) 相通； 铝-空气电池系统运行时， 分别调节与所述液流配置室 （1、 2) 相连接的所述出液管 （348) 的出液管开关， 控制所述电池组 （3) 的电解液交替流入所述两液流配置室 （1， 2) 之一， 电解液在该液流配置室 （1或 2)、 泵液腔 （5)、 配液器 （9) 和电池组 （3) 之间循环， 而另 一液流配置室 （2 或 1 ) 则于处于电解液静置、 沉淀物沉降及排出处理过程中； 位于该电池 组 （3 ) 外侧的电能输出端 （40+， 40—) 分别与所述电池组 （3 ) 的空气电极集流板 （32) 和 铝合金电极集流板 （31 ) 相连通， 并对外供电。
2. 根据权利要求 1所述大功率铝-空气电池系统， 其特征在于：
所述各液流配置室 （1、 2) 是完全对称的结构； 所述各液流配置室 （1、 2) 分别设置有用于 对电解液进行加热或冷却的加热 /冷却管 （14、 24)。
3. 根据权利要求 1或 2所述大功率铝-空气电池系统， 其特征在于：
所述各液流配置室 （1、 2) 的下部分别设置带有开关 （151、 251 ) 的沉淀物排出管 （15、 25)， 在所述各液流配置室 （1、 2) 壳体底部、 设有令沉淀物滑向所述沉淀物排出管 （15、 25) 一侧的倾斜式结构。
4. 根据权利要求 1所述大功率铝-空气电池系统， 其特征在于：
所述泵液腔 （5 ) 上设置有带有开关的泵液腔清洗液进液管 （61 ) 和泵液腔清洗液出液管 (62), 用于对所述铝 -空气电池系统停止运行时的内部清洗。
5. 根据权利要求 1所述大功率铝-空气电池系统， 其特征在于：
所述配液器 （9) 包括配液槽 （92)、 与该配液槽 （92) 相适配的上盖 （93) 和位于该配液槽
(92) 壳体外侧的显示该配液槽 （92) 内液面状态的液面显示器 （94);
所述配液槽 （92) 是中部有上下可通透中空窗 （95 )、 四周为槽渠 （96) 的槽形结构； 与所 述各单体电池 （34) 连通的各进液管 （91 ) 位于该槽渠 （96) 底部； 所述液流泵 （7 ) 的送 液管 （72) 与槽渠 （96 ) 连通； 所述上盖 （93 ) 下表面有与所述配液槽 （92 ) 的中空窗 (95) 相适配的 "口"字形的凸楞 （931 )， 当该上盖 （93) 盖在所述配液槽 （92) 上时， 该 凸楞 （931) 恰好套住或嵌入所述配液槽 （92) 的中空窗 （95)， 构成氢气传输通道； 位于该配液器 （9) 外部的电压电流调节器 （81)、 电流电压显示器 （82) 通过位于配液槽 (92) 内的导电连接 （84) 分别与该配液槽 （92) 底部所述电池组 （3) 的铝合金电极集流 板 (31)和空气电极集流板 （32) 相连；
所述各单体电池 （34) 产生的氢气经配液槽 （92) 中空窗 （95) 和上盖 （93) 的凸楞 (931) 构成的氢气传输通道， 由设置在所述上盖 （93) 上的出气口 （933) 向外排出。
6. 根据权利要求 1所述大功率铝-空气电池系统， 其特征在于：
所述单体电池 （34) 是腔体结构， 包括彼此分隔的进液分割室 （341)、 电池反应室 （342) 和出液分割室 （343); 所述配液器 （9) 内的电解液经进液管 （91) 流至该进液分割室 (341), 再经该进液分割室 （341) 下部的进液管 （3411) 流入电池反应室 （342); 在该进 液分割室 （341) 上方、 进液管 （91) 中电解液流入处， 装有可转动、 栅格结构的进液切割 器 （349)， 从进液管 （91) 流出的电解液恰好注入转动的进液切割器 （349) 栅格上， 被该 进液切割器 （349) 的栅格斩断后流入进液分割室 （341);
所述电池反应室 （342) 至少有一侧壁为空气电极 （321)， 与位于在所述电池反应室 （342) 内的铝合金电极 （311) 构成电极组； 所述铝合金电极 （311) 内嵌在该电池反应室的定位槽 (3421) 中； 所述铝合金电极 （311) 和空气电极 （321) 分别与该电池组 （3) 的铝合金电 极集流板 (31)和空气电极集流板 （32) 电连接， 所产生的氢气通过该电池反应室 （342) 上 部的敞开口进入所述配液器 （9) 的氢气传输通道向外排出；
所述电池反应室 （342) 与出液分割室 （343) 由一内隔壁 （345) 相隔， 在该内隔壁 （345) 上端留有溢流槽 （346) 令两者相通； 该出液分割室 （343) 被一横隔分隔为上下两区： 汇流 区 （3431) 和出液区 （3432)， 横隔上设有向下导通的汇流管 （3433);
所述电池反应室 （342) 内的电解液经溢流槽 （346) 流入所述汇流区 （3431)， 经汇流管 (3433) 流入其下部的出液区 （3432); 所述出液区 （3432) 的下部有所述出液管 （348) 与 所述两个液流配置室 （1、 2) 相通；
在所述出液区 （3432) 内、 汇流管 （3433) 管口的下方， 装有可转动、 栅格结构的出液切割 器 （3434)， 由汇流管 （3433) 流出的电解液恰好注入该出液切割器 （3434) 的栅格上， 即 该电解液是被该出液切割器 （3434) 的栅格斩断后才流进该出液区 （3432)。
7. 根据权利要求 6所述大功率铝-空气电池系统， 其特征在于：
所述电池反应室 （342) 的结构还可以是下部呈上大下小、 有 n个侧面的棱柱， 该棱柱的侧 面和底面均嵌装有空气电极 （321); 所述电池反应室内嵌插有 n 个棱柱形的铝合金电极 (311)、 与电池反应室 （342) 下部各侧壁的 n个空电气电极 （321) —一对应， 形成多组电 极组； 各所述铝合金电极 （311) 面向与之对应的空气电极 （321) —侧， 是与该空气电极 (321) 平行的斜面结构； η 1。
8. 根据权利要求 6所述大功率铝-空气电池系统， 其特征在于：
所述进液切割器 （349) 和出液切割器 （3434) 是自带转轴的、 可在电解液冲击下自行转动 来斩断流过的电解液液流； 或者是电路控制的开合结构， 用来斩断流过的电解液液流。
9. 根据权利要求 1或 6所述大功率铝-空气电池系统， 其特征在于：
在所述各液流配置室 （1、 2) 的出液管 （348) 的端口处设有液流档板 （3481)， 该液流档板
(3481) 由数根连接柱 （3482) 与出液管 （348) 相连， 各连接柱 （3482) 彼此存有间隔， 所述出液管 （348) 内的电解液从各连接柱 （3482) 之间的间隔流出。
10. 根据权利要求 6或 7所述大功率铝-空气电池系统， 其特征在于：
所述电池反应室 （342) 内的铝合金电极 （311) 和空气电极 （321) 是一组或多组； 多组 时， 各铝合金电极 （311) 和空气电极 （321) 分别电串联或电并联， 再分别电连接至所述铝 合金电极集流板 (31)和空气电极集流板 （32)。
11. 根据权利要求 6所述大功率铝-空气电池系统， 其特征在于：
所述进液分割室 （341) 和电池反应室 （342) 之间的进液管 （3411) 上连接有清洗液出液管 (65)， 该清洗液出液管 （65) 上装有清洗液出液开关 （64)。
12. 根据权利要求 6所述大功率铝-空气电池系统， 其特征在于：
所述出液分割室 （343) 的出液管 （348) 上还连接有清洗液出液管 （67)， 该清洗液出液管 (67) 上装有清洗液出液管开关 （66)。
13. 一种大功率铝-空气电池系统的液流方式， 所述大功率铝-空气电池系统至少是由两个单 体铝-空气电池 （34) 彼此电串联或者电并联连接成电池组 （3); 该电池组 （3) 的下方设有 两个液流配置室 （1、 2)， 在该电池组 （3) 的上方是配液器 （9); 所述各单体铝-空电池
(34) 经各自的出液管 （348) 与所述液流配置室 （1、 2) 相通； 该液流配置室 （1、 2) 经 其各自的输液管 （11、 21) 与泵液腔 （5) 相通； 所述泵液腔 （5) 通过汲液管 （71) 与液流 泵 （7) 相通， 该液流泵 （7) 的送液管 （72) 与所述配液器 （9) 相通； 该配液器 （9) 通过 各进液管 （91) 同位于其下方的各单体铝-空电池 （34) 相通； 位于该电池组 （3) 外侧的电 能输出端 （40+， 40-) 分别与所述电池组 （3) 的空气电极集流板 （32) 和铝合金电极集流板
(31) 相连通， 并对外供电； 其特征在于：
注入所述液流配置室 （1或 2) 内的电解液经输液管 （11或 21) 流入泵液腔 （5); 所述液流 泵 （7) 通过汲液管 （71) 汲取泵液腔 （5) 内的电解液， 经送液管 （72) 泵入所述配液器 (9) 内； 所述配液器 （9) 内的电解液经各出液管 （91) 流入各单体电池 （34)， 电解液经 各单体电池 （34) 的出液管 （348) 流向所述两液流配置室 （1、 2) 之一， 电解液在该液流 配置室 （1 或 2)、 泵液腔 （5)、 配液器 （9) 和各单体电池 （34) 之间循环， 而另一液流配 置室 （2或 1) 则处于电解液静置、 沉淀物沉降处理过程中， 如此循环往复。
14. 根据权利要求 13所述大功率铝-空气电池系统的液流方式， 其特征在于：
所述 "沉淀物沉降处理过程"包括通过所述各液流配置室下部沉淀物排出管 （25) 或 （15) 向外排除沉淀物。
15. 根据权利要求 13所述大功率铝-空气电池系统的液流方式， 其特征在于：
所述 "经所述配液器 （9) 的各出液管 （91) 流入各单体电池 （34)"， 还括如下步骤： 所述由出液管 （91) 流出的电解液先被位于所述各单体铝-空电池 （34) 进液分割室 （341) 内的、 旋转着的进液切割器 （349) 斩断后流入进液分割室 （341)、 再经进液管 （3411) 流 进电池反应室 （342) 内， 再由溢流槽 （346) 流入所述汇流区 （3431)， 经汇流管 （3433) 流出的电解液被旋转着的出液切割器 （3434) 斩断之后再流入出液区 （3432); 电解液最后 经所述出液管 （348) 流入液流配置室 （1或 2)。
16.—种大功率铝-空气电池系统的清洗方式， 所述大功率铝 -空气电池系统至少是由两个单体 铝-空气电池 （34) 彼此电串联或者电并联连接成电池组 （3); 该电池组 （3) 的下方设有两 个液流配置室 （1、 2)， 在该电池组 （3) 的上方是配液器 （9); 所述各单体铝-空电池
(34) 经各自的出液管 （348) 与所述液流配置室 （1、 2) 相通； 该液流配置室 （1、 2) 经 其各自的输液管 （11、 21) 与泵液腔 （5) 相通； 所述泵液腔 （5) 通过汲液管 （71) 与液流 泵 （7) 相通， 该液流泵 （7) 的送液管 （72) 与所述配液器 （9) 相通； 该配液器 （9) 通过 各进液管 （91) 同位于其下方的各单体铝-空电池 （34) 相通； 位于该电池组 （3) 外侧的电 能输出端 （40+， 40—) 分别与所述电池组 （3) 的空气电极集流板 （32) 和铝合金电极集流板
(31) 相连通， 并对外供电； 在该系统停止运行时， 对其内部进行清洗； 包括实施如下步 骤：
A.打开所述液流配置室 （1、 2) 的沉淀物排出管开关 （151、 251) 及泵液腔 （5) 的泵液腔 清洗液出液管 （62) 开关， 令位于所述电池系统内的电解液排出之后， 关闭所述各开关；
B.打开泵液腔清洗液进液管 (61)的开关， 从该泵液腔清洗液进液管 （61) 注入清洗液， 所述 液流泵 （7) 通过汲液管 （71) 汲取泵液腔 （5) 内的清洗液， 经送液管 （72) 泵入所述配液 器 （9) 内对配液器 （9) 进行清洗； 之后， 清洗液再经该配液器 （9) 的各出液管 （91) 流 入所述各单体电池 （34)， 对所述单体电池 34内部进行清洗； 控制所述各单体电池 （34) 的 出液管 （348) 的开关 （3483、 3484), 以控制清洗液流入液流配置室 （1) 或液流配置室
(2) 中， 分别对液流配置室 （1) 或液流配置室 （2) 进行清洗； 之后， 清洗液再经液流配 置室 （1) 的输液管 （11) 或液流配置室 （2) 的输液管 （21) 进入泵液腔 （5)， 在液流泵
(7) 的作用下， 清洗液在整个系统中循环直至清洗结束；
C.关闭液流泵 （7)， 将泵液腔 （5) 中的清洗液从泵液腔 (5)清洗液出液管 （62) 排出； 打开 沉淀物排出管开关 (151、 251)、 清洗液出液开关 (64、 66)， 将液流配置室 (1)、 液流配置室 (2) 和电极室 (34)中的清洗液分别从各液流配置室 (1、 2)的沉淀物排出管 (151、 25)、 清洗液出液 管 (651、 67)排出， 完成对整个铝一空气电池系统的清洗；
对所述铝-空气电池系统的清洗也可以只借助于液流配置室 （1) 或者只借助于液流配置室 (2) 来进行。
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