CN113433461A - 一种硅空气电池测试*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大容量硅‑空气电池及放电测试***，属于电池技术领域。硅‑空气电池单体测试***包括空气阴极安装板、空气阴极、电池槽体、螺钉、硅负极窗口和硅负极，阴极安装板、空气阴极、垫片和电池槽体从前至后串叠排列在一起由螺钉固定连接，空气阴极和电池槽体间的垫片，防止电解质的泄露，电池槽体内可填充大容量电解液，其依据硅空气电池对工作环境特有的需求进行设计，并形成一种合理模型，更换电池负极硅片及电解液十分方便快捷，对电池整体的性能、可靠性、易组装性都有了很大的提升，同时简化了工艺和降低了成本。
Description
技术领域
本发明涉及空气电池技术领域，尤其是涉及一种硅空气电池测试***。
技术背景
硅空气电池是一种新型的电化学储能装置，以硅为负极，以碱性溶液或温室离子液体为电解质，以空气电极为正极构成电池***，具有极高的比能量，该电池按产物计算比能量高达8470Wh/kg，远高于目前研究的较成熟的锂离子电池。硅资源丰富，是地壳中第二丰富的元素。
与传统电池相比，硅空气电池具有开放式结构，由于阴极的活性物质可直接从周围的空气中获取，不储存在电池中，所以具有高能量密度，以空气为动力放电，不仅提高了电池的比能量，还降低了成本和体积。硅空气电池在电子设备、工业设备和电动汽车等方面有很好的发展前景。
目前市场上常见的金属空气电池测试装置主要针对锌空气电池、铝空气电池、镁空气电池和锂空气电池等，没有针对硅空气电池的测试装置，相对于锌片、铝片和铁片等金属负极，硅片较脆、易碎，且硅与碱液反应产物难分解，反应产物附着于负极表面使放电停止，这需要硅空气电池测试***具备大容量的电解液。
由于硅空气电池正极活性物质是空气中的氧,才决定了该种类型的电池必须以一种开放式结构进行工作。这给电池整体的封装和使用带来巨大的困难,如何既能将具有腐蚀性的电解液密封又能让空气中的氧气充分进入电池参与反应和保证硅负极在放电停止前没有破裂成为一个严峻的挑战。为解决这一问题,本专利将呈现一种新的结构，为硅空气电池安装使用设计了更为合理的方案。
发明内容
本发明为解决上述背景技术中存在的技术问题，提供一种用于可拆卸硅-空气电池测试***。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种大容量硅空气电池测试***，包括依次设置的空气阴极安装板、空气阴极、电池槽体，所述空气阴极安装板、空气阴极、电池槽体通过安装螺钉连接，其特征在于，所述电池槽体上设有硅负极窗口，所述硅负极窗口中插接有硅负极，所述空气阴极和电池槽体的对接面上设置有密封件。
进一步地，所述硅负极窗口开设有多个用于安装的固定螺纹孔，所述固定螺纹孔与固定螺钉固定连接，所述电池槽体上开设有多个用于安装的螺纹孔，所述螺纹孔与固定螺钉固定连接。
进一步地，所述空气阴极安装板和电池槽体左侧的别开设有多个用于安装的安装螺纹孔，所述空气阴极安装板和电池槽体通过安装螺钉固定连接。
进一步地，所述电池槽体开设有注液口，所述注液口为螺纹孔，所述注液口与堵头螺纹连接。
进一步地，所述空气阴极安装板、电池槽体和硅负极窗口为透明的有机玻璃板。
进一步地，所述空气阴极和电池槽体接触处设有的密封件为垫片。
进一步地，所述硅负极与硅负极窗口插接，所述硅负极窗口两侧与电池槽体上侧通过固定螺钉固定连接。
进一步地，所述硅负极还包括：粘结层与集流体，所述粘结层为钛粘附层；所述集流体为金薄膜。
进一步地，一种大容量硅空气电池测试***组装步骤如下：
①空气阴极按2*2.5cm裁剪，空气阴极集流体处引出一个镍极耳作为正极极耳，在电池槽体有螺纹孔侧对齐依次铺上垫片与空气阴极，保证空气阴极中心与阴极口中心对齐，铺设的空气阴极安装板与垫片和电池槽体的六个安装螺纹孔对齐后通过安装螺钉固定连接，安装螺钉尾部通过螺母固定；
②硅片按1*1.5cm裁剪，给硅片蒸镀一层含钛粘附层的金薄膜，在集流体处引出一个镍极耳作为负极极耳，把硅负极***硅负极窗口顶部开设的硅负极固定凹槽中，硅负极窗口***电池槽体，后通过固定螺钉固定；
③通过注液口向电池槽体注入电解质，直至电池槽体注满电解质停止注液。
与现有技术相比，本发明有益效果如下：
1)本发明空气阴极安装板和电池槽体的对接面上设置有密封件，空气阴极安装板、电池槽体和密封件的中心位于同一水平线上，能够进一步提高密封效果，从而将电解质极好的密封于电池槽体中，密封垫片的使用，避免了机玻璃板之间的直接挤压接触，不仅能够保护板子的使用寿命，还能增强硅空气电池的密封性，有效防止电解液的泄露。
2)本发明电池槽体可盛装较大容量电解液，可防止硅和电解质反应使电解质大程度凝胶化，进一步阻止氧化物的生成，有效地减缓硅负极表面的钝化，延长硅空气电池的寿命。
3)本发明通过将硅空气电池组成的放电回路进行测试、数据处理，可以用于研究硅空气电池的放电电压、放电电流及电池温度等放电特性，适用范围更广且操作简便、可重复使用、试验成本低。
4)本发明便于更换极板，取下安装螺钉后可以更换空气极板，取下硅负极窗口后可以更换硅负极，硅负极在电解槽体上拆卸方便，更换简单。
5)本发明的硅负极可以固定在硅负极窗口与电池槽体中的电解质直接接触，反应更加充分，不易破裂。
6)本发明根据硅空气电池对工作环境特有的需求进行设计，并形成一种合理模型，更换电池负极硅片及电解液十分方便快捷，对电池整体的性能、可靠性、易组装性都有了很大的提升，同时简化了工艺和降低了成本。
附图说明
图1为本发明大容量硅空气电池***的分解结构示意图；
图2为本发明大容量硅空气电池***的整体结构示意图；
图3为本发明大容量硅空气电池***的硅负极窗口结构示意图。
图4为本发明中测试方法流程图；
1-电池槽体、111-注液口、112-堵头、113-硅负极窗口槽、114-螺纹孔、121-阴极孔、2-空气阴极安装板、21-安装螺钉、22-安装螺纹孔、3-垫片、4-空气阴极、41-空气阴极极耳、5-硅负极窗口、51-固定螺钉、52-固定螺纹孔、53-硅负极***口、54-硅负极固定凹槽、6-硅负极、61-硅负极极耳。
具体实施方式
下面结合附图说明和具体实施例对本发明做进一步的描述。
实施例：
请参阅图1和图2，一种大容量硅空气电池测试***，包括依次设置的空气阴极安装板2、空气阴极4、电池槽体1，所述空气阴极安装板2、空气阴极4、电池槽体1通过安装螺钉21连接，为了能够实现***的可重复利用，所述电池槽体1上设有硅负极窗口5，所述硅负极窗口5中插接有硅负极6，所述空气阴极4和电池槽体1的对接面上设置有密封件。
所述空气阴极安装板2和电池槽体1左侧的别开设有多个用于安装的安装安装螺纹孔22，所述空气阴极安装板2和电池槽体1通过安装螺钉21固定连接。
所述空气阴极4和电池槽体1接触处设有的密封件为垫片。
在本实施例中，在空气阴极安装板2与电池槽体1的接触面上设有六个贯穿的安装螺纹孔22，安装螺纹孔22与安装螺钉21螺纹连接，实现空气阴极安装板2和电池槽体1之间的固定连接，具体的，为了保障连接处的密封性，空气阴极4和电池槽体1之间设有的密封件，密封件具体为垫片，安装螺钉21能够贯穿空气阴极安装板2、垫片与电池槽体1，通过尾部螺纹连接的螺母，进而实现对空气阴极安装板2和电池槽体1的固定连接和实现进一步的紧固效果，为了进一步保证安装后测试***的密封性，依次设置的空气阴极安装板2、空气阴极4、电池槽体1的中心轴应该同一水平高度。
进一步地，所述硅负极窗口5开设有多个用于安装的固定螺纹孔52，所述固定螺纹孔52与固定螺钉51固定连接，所述电池槽体1上开设有多个用于安装的螺纹孔114，所述螺纹孔114通过固定螺钉51固定连接。
在本实施例中，硅负极窗口5开设的用于安装的固定安装螺纹孔52为两个，且对称设在硅负极窗口5两端，固定螺钉51通过硅负极窗口5两端的固定安装螺纹孔22与电池槽体1螺纹连接，实现硅负极窗口5与电池槽体1的固定，此连接方式也便于硅负极窗口5与电池槽体1的拆卸。
进一步地，在本实施例中，所述空气阴极安装板2、电池槽体1和硅负极窗口5为透明的有机玻璃板。空气阴极安装板2、电池槽体1和硅负极窗口5皆采用透明的有机玻璃板制备而成，便于观察硅空气电池在工作时电解液内部气泡状况。
进一步地，如图3所示，在本实施例中，所述硅负极6与硅负极窗口5插接，所述硅负极窗口5两侧与电池槽体1上侧通过固定螺钉51固定连接。
所述硅负极窗口5插接在电池槽体1顶部对应的位置，可***宽度为1.05cm的硅片，硅负极窗口5顶部的凹槽54可用于固定硅负极5，在需要更换硅负极6时，松动固定螺钉51，然后将硅负极窗口5从电池槽体1是上拆卸下来，然后将插在硅负极窗口5上的硅负极6更换后，在将硅负极窗口5通过固定螺钉51重新固定在电池槽体1顶部上。
进一步的，在本实施例中，所述硅负极6还包括：粘结层与集流体，所述粘结层为钛粘附层，所述集流体为金薄膜
在本实施例中，考虑电池槽体1上侧板的厚度，硅负极5的长度为1.5cm。
一种大容量硅空气电池测试***组装步骤如下：
①空气阴极裁剪成2*2.5cm的形状，其中2.5cm为竖直方向，2cm为水平方向，在空气阴极4集流体处引出一个镍极耳作为正极极耳，在电池槽体1有螺纹孔侧对齐铺上垫片3，然后铺上空气阴极4，空气阴极4中心与阴极孔121中心保持一致，随后铺上空气阴极安装板2，空气阴极安装板2、垫片3和电池槽体1上的六个安装螺纹孔22对齐，安装螺钉21依次穿过空气阴极安装板2、垫片3和电池槽体1，在安装螺钉21尾部用螺母实现对空气阴极安装板2、垫片3和电池槽体1进一步紧固。
②硅片切割成1*1.5cm的形状，其中1.5cm为竖直方向，1cm为水平方向，在硅片蒸镀一层含钛粘附层的金薄膜，在集流体处引出一个镍极耳作为负极极耳，把硅负极6***硅负极窗口5顶部开设的凹槽54中，实现对于硅负极6的固定，然后将插有硅负极6的硅负极窗口5***电池槽体1顶部，硅负极窗口5两端通过固定螺钉51与电池槽体1固定连接，使得硅负极窗口5固定在电池槽体1上。
③拧开注液口堵头112，通过注液口111向电池槽体1注入电解质，直至电池槽体1注满电解质停止注液，拧上堵头112。
安装时，应先将空气阴极安装板、空气阴极、垫片和电池槽体均摆放正确后，保证中心线在同一水平上，然后在拧紧固定螺钉尾部螺纹连接的螺母，确保各部件之间良好的密封性。
当电池放电效率不佳，容量降低明显时，需要对电池负极进行更换，更换电解液，拆下硅负极窗口5后更换新的硅负极6，然后再将硅负极窗口5固定在电池槽体1上，正极侧的装置无需改动，电池槽体1内更换电解液后，整个装置继续使用，更换负极操作简单，避免因多次拆卸整个装置导致装置气密性不良。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
以上实施例仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种大容量硅空气电池测试***，包括依次设置的空气阴极安装板(2)、空气阴极(4)、电池槽体(1)，所述空气阴极安装板(2)、空气阴极(4)、电池槽体(1)通过安装螺钉(21)连接，其特征在于，所述电池槽体(1)上设有硅负极窗口(5)，所述硅负极窗口(5)中插接有硅负极(6)，所述空气阴极(4)和电池槽体(1)的对接面上设置有密封件。
2.根据权利要求1所述的一种大容量硅空气电池测试***，其特征在于，所述硅负极窗口(5)开设有多个用于安装的固定螺纹孔(52)，所述固定螺纹孔(52)与固定螺钉(51)固定连接，所述电池槽体(1)上开设有多个用于安装的螺纹孔(114)，所述螺纹孔(114)与固定螺钉(51)固定连接。
3.根据权利要求1所述的一种大容量硅空气电池测试***，其特征在于，所述空气阴极安装板(2)和电池槽体(1)左侧的别开设有多个用于安装的安装螺纹孔(22)，所述空气阴极安装板(2)和电池槽体(1)通过安装螺钉(21)固定连接。
4.根据权利要求1所述的一种大容量硅空气电池测试***，其特征在于，所述电池槽体(1)开设有注液口(111)，所述注液口(111)为螺纹孔，所述注液口(111)与堵头(112)螺纹连接。
5.根据权利要求1所述的一种大容量硅空气电池测试***，其特征在于，所述空气阴极安装板(2)、电池槽体(1)和硅负极窗口(5)为透明的有机玻璃板。
6.根据权利要求1所述的一种大容量硅空气电池测试***，其特征在于，所述空气阴极(4)和电池槽体(1)接触处设有的密封件为垫片。
7.根据权利要求1所述的一种大容量硅空气电池测试***，其特征在于，所述硅负极(6)与硅负极窗口(5)插接，所述硅负极窗口(5)两侧与电池槽体(1)上侧通过固定螺钉(51)固定连接。
8.根据权利要求1所述的一种大容量硅空气电池测试***，其特征在于，所述硅负极(6)还包括：粘结层与集流体，所述粘结层为钛粘附层，所述集流体为金薄膜。
9.一种大容量硅空气电池测试***的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
①空气阴极(4)按2*2.5cm裁剪，空气阴极(4)集流体处引出一个镍极耳作为正极极耳，在电池槽体(1)有螺纹孔侧对齐依次铺上垫片(3)与空气阴极(4)，保证空气阴极(4)中心与阴极口(121)中心对齐，铺设的空气阴极安装板(2)与垫片(3)和电池槽体(1)的六个安装螺纹孔(22)对齐后通过安装螺钉(21)固定连接，安装螺钉(21)尾部通过螺母固定；
②硅片按1*1.5cm裁剪，给硅片蒸镀一层含钛粘附层的金薄膜，在集流体处引出一个镍极耳作为负极极耳，把硅负极(6)***硅负极窗口(5)顶部开设的硅负极固定凹槽(54)中，硅负极窗口(5)***电池槽体(1)，后通过固定螺钉(51)固定；
③通过注液口(111)向电池槽体(1)注入电解质，直至电池槽体(1)注满电解质停止注液。
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