一种中性体系金属燃料电池的制作方法

本发明涉及金属燃料，具体为一种中性体系金属燃料电池。

背景技术：

1、金属燃料电池作为一种相对于传统电池，具有众多优点的电池，现在已被广泛使用，其工作原理以铝空气电池为例，铝空气电池以空气中的氧为正极，铝或者铝合金为负极，常用的电解液可以分为中性电解液和碱性电解液两类；其中碱性电解液主要是以氢氧化钠、氢氧化钾为主的水溶液；中性电解液主要是以nacl为主的水溶液。

2、在放电过程中，负极中的金属铝不断溶解到电解液中，在中性电解液中溶解的al3+主要与游离的oh-结合形成胶体状或微粒状的al(oh)3；随着放电的深入大量固体al(oh)3析出，其主要在阴阳极之间堆积，严重阻碍阴阳极之间的离子转移通道，引起电池内部内阻增大、离子交换困难、反应分布不均匀等问题，降低电池内部的物质交换和热量交换速率和均匀性，最终导致电池放电性能急剧下降，严重影响电池综合比能量和放电稳定性等关键指标。

3、另外，在实际商业化运用过程中，放电量过大或使用时间过长会进一步导致电池内部堆积大量反应产物，清理十分困难，使用体验较差。

4、因此现在急需一种中性体系金属燃料电池，能减少阴阳极之间反应产物堆积，有效提高电解液比能量和放电稳定性，降低电池内部压力，有序管理产生废气，同时实现电池组快速排水排渣。

技术实现思路

1、本发明意在提供一种中性体系金属燃料电池，能减少阴阳极之间反应产物堆积，有效提高电解液比能量和放电稳定性，降低电池内部压力，有序管理产生废气，同时实现电池组快速排水排渣。

2、本发明提供如下基础方案：一种中性体系金属燃料电池，包括：主体壳；

3、所述主体壳从下到上分为沉渣区、反应区和进液排气区；

4、所述沉渣区为v形导向结构，并且v形导向结构底部夹角中设置有排液口；

5、所述反应区两侧均连接有平行相对的空气电极组件，空气电极中间主体壳的腔体用于盛放电解液，并设置有阳极组件；

6、所述进液排气区设置有进液管路、排气管路和气体释放腔，所述进液管路和排气管路一端均与气体释放腔连通。

7、基础方案的有益效果：本方案中将主体壳从下到上分为沉渣区、反应区和进液排气区，其中沉渣区为v形导向结构位于反应区下方，反应区两侧均连接有平行相对的空气电极组件，空气电极中间主体壳的腔体用于盛放电解液，并设置有阳极组件，通过沉渣区的设置增加了反应产物存储空间，避免反应产物在反应区堆积，影响放电性能；并且v形导向结构的沉渣区可以将反应产物集中到底部，通过v形导向结构底部夹角中设置的排液口，方便地将反应产物统一打散、排出；

8、主体壳上部的进液排气区中设置有进液管路和排气管路，进液管路和排气管路一端均与气体释放腔连通，进液管路设置在上部、排液口在底部，反应腔体内液流从上到下运动，有利于疏通反应区域促进反应区的反应产物的排出和沉降，并且气体释放腔有利于液体气泡的破裂释放气体，气体通过单独设置的排气管路方便气体排出和压力释放，降低电池内部压力、有序管理产生废气。多个电池组合在一起形成电池组时，也能快速排水排渣。

9、综上所述，本方案能减少阴阳极之间反应产物堆积，防止其堆积严重阻碍阴阳极之间的离子转移通道，引起电池内部内阻增大、离子交换困难、反应分布不均匀等问题，降低电池内部的物质交换和热量交换速率和均匀性，最终导致电池放电性能急剧下降，严重影响电池综合比能量和放电稳定性等关键指标，从而有效提高电解液比能量和放电稳定性，降低电池内部压力，有序管理产生废气，同时实现电池组快速排水排渣。

10、进一步，所述主体壳侧面设置有导风斜角。导风斜角进行导风，提高散热性能。

11、进一步，所述排液口直径大小为10-60mm。排液口直径大小在10-60mm范围内可以起到较好的排渣排液效果，以减小内阻。

12、进一步，所述沉渣区还设置有防脱落凸台。可以防止阳极组件铝板脱落。

13、进一步，所述主体壳四周设置有定位柱及其位置相对应的定位孔；所述主体壳四周还设置有螺杆固定孔。通过定位柱、定位孔和螺杆固定孔可以将多个主体壳连接，因为中性体系金属燃料电池一般是由多个单体结构(主壳体)组成，相应的定位孔可以提高相邻两个主体壳之间的进液管路、排液口、排气管路的同心度，降低密封失效风险。

14、进一步，所述空气电极组件，包括：空气电极和金属导电片，空气电极一周和金属导电片连接；且空气电极组件为竖直中心对称结构，主体壳两侧设置的空气电极组件结构相同。竖直翻转对称的空气电极组件可以左右两边通用、有效减少了零件数量和模具投入方便生产装配。

15、进一步，所述阳极组件，包括：金属板组件和阳极盖组件；

16、所述金属板组件，包括：金属阳极板和密封套；金属阳极板顶面上设置有极耳，密封套紧密包裹在极耳上，且极耳顶部设置有预留部分区域不包裹密封套，预留部分区域，用于电路输出连接；

17、所述阳极盖组件，包括：弹性体和硬质塑胶盖；弹性体与硬质塑胶盖紧密连接，外部的弹性体包裹环绕在硬质塑胶盖底部的边缘，形成多级唇状密封结构，与主壳体顶部设置的开口的内壁过盈密封；内部的弹性体连接在硬质塑胶盖内底面上设置内孔的内壁上，且其弹性体的内壁上设置有多级唇状凸台，与极耳上的密封套过盈密封。所述阳极组件一方面可以将整个组件进行快速更换，无需工具配合，方便人工更换。另一方面可以单独将金属阳极板快速拆下更换。不仅可以实现阳极组件与金属板组件的连接和密封而且无需额外工具即可以实现快速反复拆装，并且阳极组件可进行反复插拔密封，在实际商业化运用过程中，放电量过大或使用时间过长会进一步导致电池内部堆积大量反应产物，清理十分困难，使用体验较差，便于插拔的结构，能提高反应产物清理的便捷性。

18、进一步，所述金属阳极板，采用铝合金金属板、镁合金金属板和锌合金金属板中的一种或多种。

19、进一步，所述阳极组件，还包括：提手；所述提手设置在硬质塑胶盖上。方便人工装入和取出阳极组件。

20、进一步，所述电解液，包括：ph为中性的盐溶液体系，以及反应过程中有沉淀物生成的弱酸和弱碱性电解液体系。

21、进一步，所述排液口一端为第一空心凹槽结构，另一端为第一空心凸台结构，第一空心凸台结构上设置有第一弹性体密封圈。

22、进一步，所述进液管路一端为第二空心凹槽结构，另一端为第二空心凸台结构；

23、所述排气管路一端为第三空心凹槽结构，另一端为第三空心凸台结构；

24、所述第二空心凸台结构上设置有第二弹性体密封圈，所述第三空心凸台结构上设置有第三弹性体密封圈。

25、进一步，所述空气电极组件外侧连接有空气电极压板，所述空气电极压板与空气电极和主体壳连接；

26、所述空气电极压板外侧连接有格栅；

27、所述格栅为翻转互补的空心立体锥面结构，由多个空心立方锥形结构和平面矩形框架组成，所述空心立方锥形结构与平面矩形框架结构交替布局，整体分布呈现水平中心对称、竖直翻转互补，格栅的中空部位组成空气电极的供氧和散热通道，格栅四周设置有带有圆孔的安装固定块，上下安装固定块采用不对称布局，左右安装固定块竖直中心对称布局。空心立体锥面且翻转互补的格栅结构，可以实现正反两面通用，一方面减少了零件数量和模具投入；另一方面电池拼接过程中，相邻单体电池之间的格栅相互交错支撑着两侧空气电极、在提高支撑强度的同时保证供养通风，具有承压能力更高、电极支撑更稳定的效果，降低了空气电极由于物理变形和接触短路带来的损坏风险，延长电极寿命。

28、进一步，所述进液管路和排气管路分别设置在主体壳上部两侧面，且位置高于空气电极和阳极组件的重叠区，并且排气管路直径大于进液管路直径的1-3倍，排气管路设置高度大于等于进液管路高度。从而防止液体从排气管路流出。