CN113224423A - 一种便携式金属空气电源 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种便携式金属空气电源，包括外壳、阴极单元、阳极单元和上盖单元；阴极单元包括阴极框、阴极板和阴极集流条；阳极单元包括固定板、阳极板和阳极集流条；上盖单元包括外盖、电源总负、电源总正、电能变换模块和卡扣；电源总负和电源总正分别用于与阴极集流条和阳极集流条电连接，且电源总负和电源总正与电能变换模块电连接；金属板阳极消耗完毕后，可拆下进行更换，使金属空气电源具备循环利用的能力，方便实用；同时，由于阴极框、隔板、底板和固定板等均采用轻质塑料制成，因此也减轻了金属空气电源的重量，增强了便携能力；阴极单元、阳极单元一体化的设置方式，也提高了空间利用率，有效了减小了金属空气电源的体积。

Description

一种便携式金属空气电源

技术领域

本发明涉及金属空气电源技术领域，尤其涉及一种便携式金属空气电源。

背景技术

在科考、救援、旅游时，由于交通不便、电网不通，人们常常需要携带便携式电源，为手提电脑、手电筒等随身工具提供电源。

以往便携式电源通常采用锂电池发电技术，但是锂电池比能量低、自放电问题严重，为了保证充足的电能供给，比能量低问题会导致电源体积重量大，携带不方便，自放电问题会导致在紧急时刻电能供应不足。

金属空气电源具有比能量高、无自放电等优势，逐渐引起人们的关注；金属空气电源的原理是利用化学反应释放出电能，其中电源的阴极为空气催化剂，阳极为金属板，利用金属与空气在阴极（空气催化剂）作用下发生化学反应放出电能，金属空气电源输出为直流电，且不稳定，为满足负载的供电需求，通常需要增加电能变换模块，实现稳压和提升电能品质要求；但是金属空气电源还存在以下缺陷：

传统的金属空气电源体积大、重量大，携带不方便，并不适合作为便携式电源使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种便携式金属空气电源，以解决传统的金属空气电源由于其体积大、重量大，携带不方便，并不适合作为便携式电源使用的问题。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种便携式金属空气电源，包括外壳、阴极单元、阳极单元和上盖单元；

所述的外壳上表面开放，外壳侧壁下部开设有进气孔、上部开设有出气孔，外壳上端沿周向设置有卡槽；

所述的阴极单元包括阴极框、阴极板和阴极集流条；所述的阴极框由通过绝缘材料制成的骨架、底板和隔板组成，所述的骨架为框型六面体结构，且骨架内侧设置有阳极板安装槽，所述的底板密封固定在骨架下表面，所述的隔板呈十字交叉设置在骨架内将骨架内空间等分为四个区域，且隔板底部与底板密封连接，隔板侧缘与阴极框密封连接；所述的阴极板共四块且分别密封固定在骨架的四个外侧面；四块所述的阴极板上端均竖直固定有阴极集流条，所述的阴极集流条上开设有阴极接线孔，阴极接线孔的高度高于阴极框的高度；

所述的阳极单元包括固定板、阳极板和阳极集流条；所述的固定板采用绝缘材料制成，所述的固定板密封固定在阴极框的上表面；所述的固定板下表面固定设置有四个阳极固定条，所述的阳极固定条上开设有阳极固定孔，所述的阳极板共四个且分别通过对应的阳极固定孔与阳极固定条一一固定连接，且四个阳极板分别插接在骨架内侧的阳极板安装槽内；所述的固定板上与阴极板和阳极板之间间隙的对应位置处开设有注液孔，注液孔上设置有单向阀，用于通过注液孔向单体金属空气电源注入放电反应所需的电解液；四块所述的阳极板上端均固定有阳极集流条，且阳极集流条的上端穿过固定板，所述的阳极集流条上开设有阳极接线孔，阳极接线孔的高度与阴极接线孔的高度相同；

所述的上盖单元包括外盖、电源总负、电源总正、电能变换模块和卡扣；所述的电源总负和电源总正分别用于与阴极集流条和阳极集流条电连接，且所述的电源总负和电源总正与电能变换模块电连接；所述的卡扣设置在外盖内壁用于和外壳上的卡槽配合。

所述的上盖单元还包括分层板；所述的分层板设置在外盖内腔中部，用于将外盖内腔分为下部跑气层和上部电能变换层；所述的电源总负和电源总正设置在下部跑气层且穿过分层板与设置在电能变换层的电能变换模块电连接。

所述的底板和固定板与阴极框密封固定的方式均采用螺接的方式，且底板与阴极框和固定板与阴极框的接触面均设置有橡胶密封条。

所述的外壳的上部开设的出气孔的高度与下部跑气层的高度对应。

所述的固定板上与阴极板和阳极板之间间隙的对应位置处开设有跑气孔，所述的跑气孔上设置有防水透气膜。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

使用时，四个单体金属空气电源在电解液的作用下，由进气孔进入金属空气电源的氧气和金属阳极板在催化剂的作用下发生放电反应，经阴极集流条和阳极集流条收集后，通过电能变换模块输出稳定的电能；同时，金属板阳极消耗完毕后，还可依次拆下上盖单元和固定板，在拆下金属阳极板进行更换；同时，还可通过注液孔添加电解液，使金属空气电源具备循环利用的能力，方便实用；同时，由于阴极框、隔板、底板和固定板等均采用轻质塑料制成，因此，也大大减轻了金属空气电源的重量，增强了便携能力；且阴极单元、阳极单元一体化的设置方式，也提高了空间利用率，有效了减小了金属空气电源的体积。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明分解的结构示意图；

图2为本发明整体的结构示意图；

图3为本发明所述的阴极单元的结构示意图；

图4为本发明所述的阳极单元的结构示意图；

图5为本发明所述的上盖单元的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1和图2所示：本发明所述的一种便携式金属空气电源，包括外壳1、阴极单元2、阳极单元3和上盖单元4；

所述的外壳1上表面开放，通过上盖单元4密封；所述的外壳1侧壁下部开设有进气孔11、上部开设有出气孔12，下部的进气孔11用于向金属空气电源供给放电反应所需的空气，上部的出气孔12用于排出金属空气电池放电反应中产生的氢气等气体；外壳1上端沿周向设置有卡槽，外壳1通过卡槽与上盖单元4密封；

如图3所示：所述的阴极单元2包括阴极框21、阴极板22和阴极集流条23；所述的阴极框21由通过绝缘材料制成的骨架、底板和隔板24组成，所述的绝缘材料可采用轻质塑料，一方面减轻金属空气电源的自重，另一方便保证绝缘性能，保证金属空气电源能够正常工作；所述的骨架为框型六面体结构，如正方体或者长方体框架结构，且骨架内侧设置有阳极板32安装槽，阳极板32安装槽用于安装阳极板32；所述的底板密封固定在骨架下表面，所述的隔板24呈十字交叉设置在骨架内将骨架内空间等分为四个区域，且隔板24底部与底板密封连接，隔板24侧缘与阴极框21密封连接；所述的阴极板22共四块且分别密封固定在骨架的四个外侧面；由此，阴极框21的每个侧面、外侧的阴极板22、内侧的阳极板32、上部的固定板31和下部的底板可围合成一个密闭的单体金属空气电源；四块所述的阴极板22上端均竖直固定有阴极集流条23，所述的阴极集流条23上开设有阴极接线孔，阴极接线孔的高度高于阴极框21的高度；

如图4所示：所述的阳极单元3包括固定板31、阳极板32和阳极集流条34；所述的固定板31采用绝缘材料制成，所述的固定板31密封固定在阴极框21的上表面；所述的固定板31下表面固定设置有四个阳极固定条33，所述的阳极固定条33上开设有阳极固定孔，所述的阳极板32共四个且分别通过对应的阳极固定孔与阳极固定条33一一固定连接，固定连接的方式可采用螺接，且四个阳极板32分别插接在骨架内侧的阳极板32安装槽内，由此，阴极框21的每个侧面、外侧的阴极板22、内侧的阳极板32、上部的固定板31和下部的底板可围合成一个密闭的单体金属空气电源；所述的固定板31上与阴极板22和阳极板32之间间隙的对应位置处开设有注液孔，注液孔上设置有单向阀，用于通过注液孔向单体金属空气电源注入放电反应所需的电解液；四块所述的阳极板32上端均固定有阳极集流条34，且阳极集流条34的上端穿过固定板31，所述的阳极集流条34上开设有阳极接线孔，阳极接线孔的高度与阴极接线孔的高度相同；

如图5所示：所述的上盖单元4包括外盖41、电源总负44、电源总正43、电能变换模块和卡扣45；所述的电源总负44和电源总正43分别用于与阴极集流条23和阳极集流条34电连接，具体的，每个单体金属空气电源通过阴极集流条23和阳极集流条34串联构成金属空气电源，且所述的电源总负44和电源总正43与电能变换模块电连接，保证金属空气电源可输出稳定的电能；所述的卡扣45设置在外盖41内壁用于和外壳1上的卡槽配合。

本发明所述的一种便携式金属空气电源的工作原理为：

使用时，四个单体金属空气电源在电解液的作用下，由进气孔11进入金属空气电源的氧气和金属阳极板32在催化剂的作用下发生放电反应，经阴极集流条23和阳极集流条34收集后，通过电能变换模块输出稳定的电能；同时，金属板阳极消耗完毕后，还可依次拆下上盖单元4和固定板31，在拆下金属阳极板32进行更换；同时，还可通过注液孔添加电解液，使金属空气电源具备循环利用的能力，方便实用；同时，由于阴极框21、隔板24、底板和固定板31等均采用轻质塑料制成，因此，也大大减轻了金属空气电源的重量，增强了便携能力；且阴极单元2、阳极单元3一体化的设置方式，也提高了空间利用率，有效了减小了金属空气电源的体积。

优选的：所述的上盖单元4还包括分层板42；所述的分层板42设置在外盖41内腔中部，用于将外盖41内腔分为下部跑气层和上部电能变换层；所述的电源总负44和电源总正43设置在下部跑气层且穿过分层板42与设置在电能变换层的电能变换模块电连接；将跑气层和电能变换层分开设置，以方便便于区使不同的功能区实现电气隔离，另一方面能够防止金属空气电源放电反应时产生的氢气进入电能变换层，从而消除氢气的***隐患；进一步的，所述的外壳1的上部开设的出气孔12的高度与下部跑气层的高度对应，便于氢气的快捷释放。

优选的：所述的底板和固定板31与阴极框21密封固定的方式均采用螺接的方式，且底板与阴极框21和固定板31与阴极框21的接触面均设置有橡胶密封条，保证单体金属空气电源的独立性，进一步保证金属空气电源的放电性能。

优选的：所述的固定板31上与阴极板22和阳极板32之间间隙的对应位置处开设有跑气孔35，所述的跑气孔35上设置有防水透气膜，以防止电解液通过跑气孔35溢出。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种便携式金属空气电源，其特征在于：包括外壳、阴极单元、阳极单元和上盖单元；

所述的外壳上表面开放，外壳侧壁下部开设有进气孔、上部开设有出气孔，外壳上端沿周向设置有卡槽；

所述的阴极单元包括阴极框、阴极板和阴极集流条；所述的阴极框由通过绝缘材料制成的骨架、底板和隔板组成，所述的骨架为框型六面体结构，且骨架内侧设置有阳极板安装槽，所述的底板密封固定在骨架下表面，所述的隔板呈十字交叉设置在骨架内将骨架内空间等分为四个区域，且隔板底部与底板密封连接，隔板侧缘与阴极框密封连接；所述的阴极板共四块且分别密封固定在骨架的四个外侧面；四块所述的阴极板上端均竖直固定有阴极集流条，所述的阴极集流条上开设有阴极接线孔，阴极接线孔的高度高于阴极框的高度；

所述的阳极单元包括固定板、阳极板和阳极集流条；所述的固定板采用绝缘材料制成，所述的固定板密封固定在阴极框的上表面；所述的固定板下表面固定设置有四个阳极固定条，所述的阳极固定条上开设有阳极固定孔，所述的阳极板共四个且分别通过对应的阳极固定孔与阳极固定条一一固定连接，且四个阳极板分别插接在骨架内侧的阳极板安装槽内；所述的固定板上与阴极板和阳极板之间间隙的对应位置处开设有注液孔，注液孔上设置有单向阀，用于通过注液孔向单体金属空气电源注入放电反应所需的电解液；四块所述的阳极板上端均固定有阳极集流条，且阳极集流条的上端穿过固定板，所述的阳极集流条上开设有阳极接线孔，阳极接线孔的高度与阴极接线孔的高度相同；

所述的上盖单元包括外盖、电源总负、电源总正、电能变换模块和卡扣；所述的电源总负和电源总正分别用于与阴极集流条和阳极集流条电连接，且所述的电源总负和电源总正与电能变换模块电连接；所述的卡扣设置在外盖内壁用于和外壳上的卡槽配合。

2.根据权利要求1所述的一种便携式金属空气电源，其特征在于：所述的上盖单元还包括分层板；所述的分层板设置在外盖内腔中部，用于将外盖内腔分为下部跑气层和上部电能变换层；所述的电源总负和电源总正设置在下部跑气层且穿过分层板与设置在电能变换层的电能变换模块电连接。

3.根据权利要求1所述的一种便携式金属空气电源，其特征在于：所述的底板和固定板与阴极框密封固定的方式均采用螺接的方式，且底板与阴极框和固定板与阴极框的接触面均设置有橡胶密封条。

4.根据权利要求2所述的一种便携式金属空气电源，其特征在于：所述的外壳的上部开设的出气孔的高度与下部跑气层的高度对应。

5.根据权利要求1所述的一种便携式金属空气电源，其特征在于：所述的固定板上与阴极板和阳极板之间间隙的对应位置处开设有跑气孔，所述的跑气孔上设置有防水透气膜。

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