[实用新型]一种铝空气电池、供电系统

说明书

本实用新型公开了一种铝空气电池，包括前置电池组、第一电解液储存罐、第一过滤装置、第二电解液储存罐、第二过滤装置以及水储存箱，所述前置电池组中设有铝片电极、空气电极以及电解液槽，所述铝片电极及空气电极均设置于电解液槽中。本实用新型还公开一种供电系统以及该供电系统的应用。通过独特的双电解液结构设计，解决了采用单一电解液难以同时实现启动快、供电时间长、氢氧化铝沉淀易清除、电解液不易碳酸化的问题。采用独特的管道设计和电池结构设计，使铝空气电池在工作过程中被消耗的水可以得到补充，避免电池因为电解液液位下降而导致输出的功率下降。

技术领域

本实用新型涉及电化学技术领域，尤其涉及一种铝空气电池以及包括该铝空气电池的供电系统及其在不间断电源上的应用。

背景技术

为了满足不断发展的智能电网、移动通讯、电动汽车和应急救灾的需要，迫切需要开发能量高、成本低、体积小、寿命长的新型化学电源。金属空气电池(也称为金属燃料电池)是一种将金属材料的化学能直接转化为电能的化学电源。金属空气电池，尤其是铝空气电池，具有能量密度高(理论能量密度可达8046Wh/kg，现有技术已经可以达到2000Wh/kg)、价格低廉、资源丰富(铝占整个地壳总重量的7.45％)、环保(副产物氢氧化铝可回收利用)等优势，受到了国内外研究人员的高度关注。

尽管铝空气电池有许多优点，但还没有实现大规模应用，因为现有技术的铝空气电池存在以下缺点。

如果采用盐性电解液，优点是几乎不存在电解液碳酸化的问题，电解液过滤后可以多次循环使用。缺点是：1.放电过程中生成的氢氧化铝沉淀物较多，对于大功率铝空气电池来说，很容易堵塞管道，导致废液无法排出；2.铝空气电池在放电过程中，铝片的表面会逐渐生成一层致密的氧化膜，随着放电时间的延长，氧化膜会越来越厚，厚度可以达到250微米。氧化铝是一种在常温下不导电的物质。因此，铝空气电池的内阻会逐渐变得很大，电池输出的功率越来越小；3.电池难以实现大功率输出。根据对比例1，铝空气电池使用盐性电解液可以能满足小功率设备长时间的用电需求。铝片表面的氧化铝薄膜对于铝空气电池有利也有弊。一方面，在铝空气电池不使用时，氧化膜可保护铝片，减少能量损失。另一方面，如果在铝空气电池刚开始放电时，铝片表面的氧化膜未能很快溶解，将会导致内阻较大，电池功率低，热量损失较多。

如果采用碱性电解液，优点是放电时致密的氧化膜很快溶解，并且难以生成，可以实现长时间大功率稳定功率输出(见对比例3)。缺点是：1.放电过程中很容易生成氢氧化铝沉淀物，对于大功率铝空气电池来说，可能会堵塞管道，废液无法排出；2.在铝空气电池放电过程结束之后，铝片上残留的碱液会继续与铝片反应，生成氢氧化铝，造成电池能量损失较多，可能会堵塞管道。铝片上残留的碱液被消耗完后，铝片表面又会生成致密的氧化膜。因此，采用碱性电解液的大功率铝空气电池系统大多配有清洗液，清除放电结束后剩余的碱液。 3.碱性电解液长期与空气接触会不断吸收空气中的二氧化碳，导致电解液碳酸化，导致电池的功率下降。因此碱性电解液不用时要与空气电极和铝片分离。

如果采用酸性电解液，优点是电解液可以长期与空气接触，放电时致密的氧化膜能在很短时间内溶解，附着在铝片表面的氢氧化铝会快速脱落，放电过程中不会有沉淀物生成(氯化铝和硫酸铝在水中的溶解度都大于35g/100ml)，不存在管道堵塞的问题，废液能很快排出。但是，采用酸性电解液的话，必须控制好酸的浓度。如果强酸的浓度太高(超过2mol/l)，必然会破坏空气电极，导致催化剂溶解，镍网被腐蚀，析氢过多，能量损失大。如果酸的浓度太低，则在放电过程中，溶液中的氢离子很快被消耗完，电池的输出功率会快速下降 (对比例2)。铝空气电池使用酸性电解液可以能满足大功率设备短时间的用电需求。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的之一在于提供一种铝空气电池，通过独特的双电解液结构设计，解决了采用单一电解液难以同时实现启动快、供电时间长、氢氧化铝沉淀易清除、电解液不易碳酸化的问题。