[发明专利]一种金属-空气电池系统

说明书

本发明公开了一种金属‑空气电池系统，包括超声换能器和液流电池，所述超声换能器内设有容纳腔，所述容纳腔内装有电解质溶液，所述液流电池与至少一根毛细管的一端连接，所述毛细管的另一端浸没在所述电解质溶液中；所述毛细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10‑100μm或λ/2的整数倍处或焦点处，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；该金属‑空气电池系统利用超声引起的超声毛细效应驱动电解质溶液实现液流功能，其具有结构简单、成本低和能耗小等优点，另外声致液体粘性变小效应，有效减少电解质溶液的阻抗，进而能进一步提升金属‑空气液流电池的输出功率与容量。

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，涉及一种利用超声液流的金属-空气电池系统。

背景技术

金属-空气液流电池作为一种新兴的电池技术，以活泼固体金属铝、锌、镁、铁、钙和锂等作为金属-空气液流电池的负极，以中性盐溶液或碱性溶液作为电解质溶液，以氧作为空气正极，以外部泵作为动力源为电池不断更新电解质溶液，它们共同构成金属-空气液流系统，金属-空气液流电池具有低成本、无毒、无污染、放电电压平稳、能量密度高和比功率高等优点，被广泛应用于电动汽车、海上能源供应、潜艇供电系统等领域，金属-空气液流电池作为一种新兴的电池技术需要解决的技术问题还有很多，目前它已成为国内外研究学者的一个研究热点。

金属-空气液流电池虽然具有功率密度、电流密度和能量密度高等优点，但其空气正极的催化能力、金属负极的析氢腐蚀反应和电解质溶液的内阻等问题限制了金属-空气电池的进一步发展，其中空气正极与电解质溶液之间的浓差极化和金属负极反应生成物的产生，增加了电解质溶液的内阻，降低了金属-空气液流电池的功率输出。针对以上问题，目前国内外研究学者的研究方向主要集中在空气正极催化材料的研制和金属负极合金材料的研制等方向，并通过外部泵作为动力源为金属-空气电池不断提供电解质溶液。

目前金属-空气液流电池电解质溶液循环流动的驱动方式是通过外部泵或马达来实现的，其结构复杂、成本高、能耗大、通过运动部件控制电解质溶液的流动方向，存在部件易磨损堵塞等问题，不利于金属-空气电池的小型化实际应用。因此本发明专利针对以上问题，提出了一种超声液流的金属-空气电池系统，其具有结构简单、无运动部件、能耗低等优点，并利用声致液体粘性变小及超声毛细效应，有效减少电解质溶液的阻抗，进而提升金属-空气电池的输出功率与容量，有利于金属-空气液流电池的小型化发展。

发明内容

为了克服现有金属-空气液流电池技术的不足，本发明提供了一种利用超声液流的金属-空气电池系统，使其具有结构简单、功耗低和声致电解质溶液粘性降低等特点，能够进一步提升金属-空气液流的电池输出功率与容量。

为了实现上述目的，本发明提供的技术方案是：一种金属-空气电池系统，包括超声换能器和液流电池，所述超声换能器内设有容纳腔，所述容纳腔内装有电解质溶液，所述液流电池与至少一根毛细管的一端连接，所述毛细管的另一端浸没在所述电解质溶液中；所述毛细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10-100μm或λ/2的整数倍处或焦点处，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。

可选的，所述的毛细管的内直径为0.1-10mm。

可选的，所述液流电池包括正极壳体和负极壳体，所述正极壳体与所述负极壳体之间依次设置有空气正极、电极间距隔板、金属负极，所述并正极壳体和负极壳体通过螺栓螺母拧紧连接。

可选的，所述容纳腔为中空圆柱腔室或聚焦型腔室。

可选的，所述电解质溶液为中性盐溶液或碱性溶液。

可选的，所述超声换能器产生的超声波的频率为10kHz—200kHz。