CN210778899U - 一种自维持铝空气电池*** - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种自维持铝空气电池***，包括铝空气电池、铝粒自动添加机构和电解液循环机构，所述铝空气电池采用容器式铝电极，所述容器式铝电极包括容器，所述容器内填充有铝粒并容纳有电解液，所述铝粒自动添加机构通过螺旋输送装置将料仓内的铝粒添加进所述容器，所述电解液循环机构通过溶液箱、循环泵和铝空气电池构成的闭环回路实现铝空气电池内电解液的添加和循环过滤。本实用新型可实现铝空气电池的铝电极材料和电解液的自动补充以及电解液的自动循环过滤，实现了铝空气电池的自维持，提高了铝空气电池的持续使用时间和耐用性。

Description

一种自维持铝空气电池***

技术领域

本实用新型涉及一种电池***，具体涉及一种自维持铝空气电池***。

背景技术

铝空气电池长时间使用后，铝电极由于化学反应或被腐蚀，电极材料逐渐消耗、电极逐渐变小，电解液中也逐渐出现杂质，当电极材料由于数量减少和/或电解液由于杂质出现导致不足以维持电池正常工作时，通常通过人工的方式补充或更换电极和/或电解液，补充或更换的步骤繁琐、不方便且耗费人工。另外，铝空气电池在实际应用中，电化学反应的副产物氢气大多选择排空，造成了氢能源的浪费。

传统的铝空气电池的铝电极主要采用高纯度的铝制成，铝本身是一种及其活泼的金属，当其暴露在空气中时，表面会形成一层致密的氧化膜，铝在电极极化过程中也会生成一层氧化膜，造成其存在氧化膜电阻高的缺陷。另外，传统的铝空气电池的铝电极还存在腐蚀率高（通常为76×10^-3mm/a左右）、脱氧能力弱（通常＜2.6ppm）和化学性弱（通常a=1-3）等缺陷。

实用新型内容

为克服现有技术的上述缺陷，本实用新型提供了一种自维持铝空气电池***，可实现铝空气电池的电极的自动补充或更换，电解液的自动过滤循环使用。

本实用新型实现上述目的的技术方案是：一种自维持铝空气电池***，包括铝空气电池，还包括铝粒自动添加机构，所述铝空气电池采用容器式铝电极，所述容器式铝电极包括容器，所述容器内填充有铝粒并容纳有电解液，所述铝粒自动添加机构包括铝粒料仓和螺旋输送装置，所述料仓的底部呈锥状，所述料仓的底端开设有铝粒出口，所述料仓的铝粒出口通过铝粒出料管接入所述螺旋输送装置的进料口，所述螺旋输送装置的出料口通过铝粒给料管接入所述容器上的铝粒进口，或者所述螺旋输送装置的出料口连接铝粒给料管，所述铝粒给料管的出口位于所述容器的上方，所述铝粒给料管的落料进入所述容器顶部的顶口。

进一步的，所述自维持铝空气电池***还包括电解液循环机构，所述电解液循环机构包括溶液箱和循环泵，所述溶液箱设置在高于所述铝空气电池的位置，所述溶液箱的上部设有溶液进口，所述溶液箱的底部设有溶液出口，所述溶液箱内安装有滤网，所述铝空气电池的上部设有加液口，所述铝空气电池的底部设有排液口，所述排液口通过排液管连接所述溶液进口，所述排液管连通所述溶液箱内所述滤网围成的或所述滤网与所述溶液箱的内壁围成的过滤空间的内部，所述排液管上安装所述循环泵，所述溶液出口通过进液管连接所述加液口，所述进液管连通所述溶液箱内的过滤空间的外部。

所述铝粒出料管上可以设有出料控制阀。

位于所述铝空气电池与所述循环泵之间的所述排液管上可以设有排液控制阀。

所述进液管上可以设有进液控制阀。

通常，所述容器式铝电极的数量为若干个，各所述容器式铝电极相互串联，所述铝粒给料管分别通过相应的铝粒进料支管连接各所述容器式铝电极的容器上的铝粒进口或对准各所述容器式铝电极的容器顶部的顶口。

通常，所述铝空气电池的数量为若干个，若干个所述铝空气电池串联/并联构成电池组，各所述铝空气电池的排液口通过各自的排液支管连通所述排液管，各所述铝空气电池的加液口通过各自的进液支管连通所述进液管。

优选的，所述容器式铝电极还包括压板和第一弹簧，所述容器的顶部设有用于盖住顶口的顶盖，所述顶盖通过第一合页安装于所述容器的顶壁或侧壁上，所述压板通过第二合页安装于所述容器内的侧壁上，所述顶盖和所述压板安装在所述容器的同一侧，所述压板与所述顶盖通过所述第一弹簧连接，所述压板的边缘与所述容器的内壁之间留有间隙，所述压板位于所述容器内，将所述容器的内部分为上、下两个空间，所述铝粒填充在所述容器内所述压板下部的空间。

进一步的，所述容器式铝电极还包括第二弹簧，所述压板与所述容器的底壁通过所述第二弹簧连接。

更进一步的，所述自维持铝空气电池***还包括氢燃料电池和充电电池，所述顶盖上开设有氢气排气孔，所述排气孔通过氢气输送管连接所述氢燃料电池的氢气入口，所述氢燃料电池的电输出端连接所述充电电池的充电输入端，所述充电电池作为所述螺旋输送装置和/或所述循环泵的电源。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型采用独特结构的容器式铝电极，通过铝粒自动添加机构可实现对铝电极的自动补充或更换，通过电解液循环机构可实现对电解液的添加和/或循环过滤使用，铝电极和电解液的补充、更换以及电解液的循环过滤无需人工参与，实现了铝空气电池的自维持，提高了铝空气电池的持续使用时间和耐用性。

2、本实用新型的容器式铝电极的独特结构设计，当电极材料过多消耗需要补充时，只需向容器内添加铝粒即可，相比于传统的铝电极，电极材料的补充和电极维护简单方便且有利于实现铝电极补充或更换的自动化。

3、本实用新型的容器式铝电极通过第二弹簧向下拉动压板，可将填充于容器内压板下部的空间内的铝粒集合压实，有助于铝粒集合与电解液的充分反应。

4、本实用新型的容器式铝电极，当需要向容器内压板下部的空间补充铝粒时，只需开启顶盖，第一弹簧即可带动压板同时向上开启，可方便快捷地向容器内压板下部的空间添加铝粒。

5、本实用新型将铝空气电池的电化学反应副产物氢气引入氢燃料电池作为原料使用，实现了铝空气电池的电化学反应副产物的回收再利用，避免了能源的浪费，通过氢燃料电池给充电电池充电，再将充电电池作为***内动力机构的电源，使***内的动力机构无需外接电源，实现了***内电能的自提供和自维持。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的容器式铝电极的工作状态时的结构透视示意图；

图3是本实用新型的容器式铝电极的顶盖和压板开启状态时的结构透视示意图；

图4是本实用新型的铝空气电池与氢燃料电池组成的氢气回收利用***的结构示意图。

具体实施方式

参见图1，本实用新型公开了一种自维持铝空气电池***，包括铝空气电池1，还包括铝粒自动添加机构，所述铝空气电池采用容器式铝电极，所述容器式铝电极包括容器，所述容器的顶部设有顶口，所述容器内填充有铝粒并容纳有电解液（来自于铝空气电池的电解液容纳空间内的电解液），所述铝粒自动添加机构包括铝粒料仓2和螺旋输送装置3，所述料仓的底部呈锥状，所述料仓的锥状底部的底端开设有铝粒出口，便于所述料仓内的铝粒依靠重力从所述铝粒出口落出，所述铝粒出口通过铝粒出料管4连接所述螺旋输送装置的进料口，用于将铝粒从所述料仓输送至所述螺旋输送装置，所述螺旋输送装置的出料口通过铝粒给料管5连接所述容器上的铝粒进口，或者所述螺旋输送装置的出料口连接铝粒给料管，所述铝粒给料管的出口位于所述容器的正上方并对准所述容器的顶口，用于将铝粒从所述螺旋输送装置输送至所述容器实现铝粒加料。所述螺旋输送装置通常采用螺杆送料方式，能够精确地控制铝粒的加料量。

所述螺旋输送装置设有或者不设有偏心轮振动机构，所述偏心轮振动机构的偏心轮固定安装在所述螺旋输送装置的主轴上，或者所述螺旋输送装置的驱动电机采用双出轴减速电机（设有分别位于两侧的两个输出轴的减速电机），其一侧输出轴通过联轴器连接螺旋输送装置的主轴，另一侧输出轴上安装所述偏心轮。

当所述偏心轮振动机构的偏心轮固定安装在所述螺旋输送装置的主轴上时，可以位于主轴的前端（远电机端）或者位于主轴的后端（近电机端），所述螺旋输送装置的壳体由隔板分隔为两部分，一部分为叶片输送部分的壳体，可称为主壳体，另一部分为偏心轮部分的壳体，可称为偏心轮壳体，主轴穿过主体体和偏心轮壳体之间的隔板时，可以在隔板中央设置用于支承主轴的密封轴承。

当采用双出轴减速电机且偏心轮安装在与主轴连接侧相对的另一侧输出轴上时，所述螺旋输送装置的叶片输送部分的壳体和偏心轮部分的壳体分别位于双出轴电机的两侧，两壳体通过传动杆固定连接，传动杆的数量为两个或更多个，分布在双出轴电机的外侧，可以大致均匀地分布在同一圆周上，两端分别与两个壳体连接，由此形成两壳体之间的刚性连接。

偏心轮振动机构在螺旋输送装置工作时，依靠偏心轮的偏心作用产生振动，进而带动整个螺旋输送装置振动，必要时，铝粒出料管可以采用金属管，两端分别与所述料仓的铝粒出口和所述螺旋输送装置的进料口直接固定连接或通过具有一定减振作用的减振管（例如，橡胶管段）连接，由此可以在不经减振或经过适度减振的情况下将振动传递给铝粒的料仓。必要时，所述铝粒出料管也可以采用金属管，其进料端与所述螺旋输送装置的出料口直接固定连接或通过具有一定减振作用的减振管（例如，橡胶管）连接，由此可以在不经减振或经过适度减振的情况下将振动传递给铝粒给料管，通过振动机构振动幅度和振动频率的适当设计（可通过理论计算和/或实验获得优化的相关数值），使螺旋输送装置在工作时具有一定的振动，必要时也可以使料仓、铝粒出料管和铝粒出料管中的一个或多个也具有适度的振动，以避免铝粒在输送过程中“卡死”。

所述铝粒出料管和铝粒出料管的延伸方向优选垂直向下或斜向向下，使重力方向或重力的分量方向与铝粒的运动方向相同。

所述自维持铝空气电池***还可以包括电解液循环机构，所述电解液循环机构包括溶液箱6和循环泵7，所述溶液箱设置在高于所述铝空气电池的位置，所述溶液箱的上部设有溶液进口，所述溶液箱的底部设有溶液出口，所述溶液箱内安装有滤网，所述铝空气电池的上部设有加液口，所述铝空气电池的底部设有排液口，所述排液口通过排液管8连接所述溶液进口，用于将所述铝空气电池内的含有杂质的电解液输送至所述溶液箱，所述排液管连通所述溶液箱内所述滤网围成的或所述滤网与所述溶液箱的内壁围成的过滤空间的内部，以使进入所述溶液箱的含有杂质的电解液通过所述滤网进行过滤，滤去杂质，所述排液管上安装所述循环泵，为含有杂质的电解液的输送提供动力，所述溶液出口通过进液管9连接所述加液口，用于将经过过滤的电解液依靠自身重力输送回所述铝空气电池，所述进液管连通所述溶液箱内的过滤空间的外部，确保返回所述铝空气电池的电解液为经过滤网过滤后的电解液。

所述铝粒出料管上可以设有出料控制阀10，用于铝粒出料控制。

位于所述铝空气电池与所述循环泵之间的所述排液管上靠近所述铝空气电池的位置可以设有排液控制阀11，用于所述排液管的开关控制。所述进液管上靠近所述溶液箱的位置可以设有进液控制阀12，用于所述进液管的开关控制。

所述溶液箱还可以通过加液管连通电解液储罐或其他电解液来源，用于当所述铝空气电池内的电解液量不足时向所述溶液箱内注入电解液，进而向所述铝空气电池内添加电解液，或者所述铝空气电池的加液口直接通过加液管连通电解液储罐或其他电解液来源。所述加液管上可以设有加液控制阀，用于所述加液管的开关控制。

通常，所述容器式铝电极的数量为若干个，若干个所述容器式铝电极串联，经DC-DC转化电路转换成更高的电压，以满足用电设备的电压要求，所述铝粒给料管连通有若干根铝粒进料支管，所述铝粒进料支管的数量与所述容器式铝电极的数量相同且一一对应，各所述铝粒进料支管连接与其对应的容器式铝电极的容器上的铝粒进口，或者各所述铝粒进料支管的出口对准与其对应的容器式铝电极的容器的顶口，所述铝粒给料管通过铝粒进料支管将铝粒输送至各容器式铝电极。

通常，所述铝空气电池的数量为若干个，若干个所述铝空气电池串联/并联构成电池组，所述排液管连通有若干根排液支管，所述排液支管的数量与所述铝空气电池的数量相同且一一对应，各所述排液支管连接与其对应的铝空气电池的排液口，所述排液管通过各排液支管与各铝空气电池的排液口连接。所述进液管连通有若干根进液支管，所述进液支管的数量与所述铝空气电池的数量相同且一一对应，各所述进液支管连接与其对应的铝空气电池的加液口，所述进液管通过各进液支管与各铝空气电池的加液口连接。

参见图2和图3所述容器式铝电极还包括压板13和第一弹簧14，所述容器15的顶部设有用于盖住顶口的顶盖16，所述容器的顶部局部开口或者所述容器的顶部敞口构成所述顶口，优选所述容器的顶部敞口，所述顶盖通过第一合页安装于所述容器的顶壁或侧壁上，所述第一合页的数量可以为若干个，优选为两个，均匀分布安装在所述顶盖上。所述压板通过第二合页安装于所述容器内的侧壁上，所述压板通常安装在所述容器内的中部，所述第二合页的数量可以为若干个，优选为两个，均匀分布安装在所述压板上，所述顶盖和所述压板安装在所述容器的同一侧。所述压板与所述顶盖通过所述第一弹簧连接，所述第一弹簧的顶端固定连接所述顶盖的底面，所述第一弹簧的底端固定连接所述压板的顶面，所述第一弹簧的数量通常为若干个（如两个），均匀分布于所述顶盖与所述压板之间的空间。所述压板位于所述容器内，所述压板将所述容器的内部分为上、下两个空间，所述铝粒17填充在所述容器内所述压板下部的空间，通常，所述铝粒填充满所述容器内的所述压板下部的空间。所述容器的容器壁可供电解液或电解液离子穿过，以使所述铝空气电池的电解液容纳空间内的电解液或电解液离子可自由流入/进入所述容器，如所述容器壁上密布有通孔（通孔的孔径小于所述铝粒的直径），或者所述容器采用能够透过电解液离子的材料制成（所述容器的材料可以采用现有技术下适宜电解液离子透过的材料），以便于电解液离子在整个电池内转移，形成电流。所述压板的边缘与所述容器的内壁之间留有间隙，便于所述压板的启闭，同时也便于所述容器内所述压板上部的空间内的所述电解液可以快速流入所述压板下部的空间，对所述压板下部空间的与所述铝粒发生化学反应的所述电解液进行补充。当所述容器上开设所述铝粒进口时（所述铝粒给料管或铝粒进料支管连接所述铝粒进口），所述铝粒进口通常开设在与安装所述第二合页的侧壁相对的侧壁上，位置位于所述压板的上方，以利于当所述顶盖和所述压板开启后，从所述铝粒进口添加的铝粒顺利落入所述容器内所述压板下部的空间内。当所述铝粒给料管或铝粒进料支管的出口位于所述容器的正上方并对准所述容器的顶口时，所述铝粒给料管或铝粒进料支管的出口与所述容器的顶口之间的间距适宜所述顶盖的开启。所述顶盖上开设有氢气排气孔18，用于所述容器内电化学反应产生的氢气的排出。所述容器的底壁上可以开设有排污口19，用于电化学反应后所述容器内的残渣排出，所述排污口可以安装有开关阀。

所述铝粒的直径优选大于所述间隙的宽度，避免所述铝粒从所述间隙处进入所述容器内所述压板上部的空间。

所述容器式铝电极还可以包括第二弹簧20，所述压板与所述容器的底壁通过所述第二弹簧连接，所述第二弹簧的顶端固定连接所述压板的底面，所述第二弹簧的底端固定连接所述容器底壁的顶面，所述第二弹簧的数量通常为若干个（如两个），均匀分布于所述压板与所述容器底壁之间的空间。

所述第一弹簧与所述第二弹簧的弹性系数比优选为1：3-1：5，有利于促使所述压板对位于其下部空间内的铝粒集合压实。

所述第二合页可以直接安装在所述容器的侧壁上，或者所述容器内设有轨道21，所述轨道竖直安装在所述容器内的侧壁上，所述轨道的底端位于所述容器内的底部，所述轨道的顶端位于所述容器内的中部或中上部，所述轨道的数量与所述第二合页的数量相同，均匀分布安装在所述容器内的侧壁上，所述轨道在所述容器内的侧壁上的安装位置与所述第二合页在所述压板上的安装位置一一对应，所述第二合页的一片页板与所述压板连接，另一片页板滑动配合安装在与该合页对应的所述轨道内，或者所述轨道内滑动配合安装有滑块，所述第二合页的一片页板与所述压板连接，另一片页板固定连接在于该合页对应的所述轨道内的所述滑块上，以使所述压板可在所述容器内上下滑动，适应所述容器内所述铝粒的不同添加量且有利于在所述第二弹簧的拉力作用下进一步对铝粒集合进行压实。

所述容器、顶盖、压板、第一弹簧、第二弹簧、第一合页、第二合页、轨道和滑块均优选采用镍或镀镍的金属材料制成，可有效避免与所述铝粒和/或所述电解液发生化学反应，造成损坏。

所述容器式铝电极还可以包括顶盖电动启闭机构，所述顶盖电动启闭机构包括电机和传动装置，所述传动装置的动力输入端连接所述电机的输出端，所述传动装置的动力输出端连接所述顶盖，所述传动装置可以采用现有技术下适宜的传动机构，如齿轮连杆机构或曲柄摇杆机构等。手动或电动启动电机即可通过所述传动装置控制所述顶盖启闭。

所述容器还可以设有用于检测铝粒堆积高度是否低于下限高度的铝粒下限传感器，还设有或者不设有用于检测铝粒高度是否高于上限高度的铝粒上限传感器，优选设有铝粒上限传感器，所述传感器可以采用现有技术下适宜的传感器，如压力传感器、红外线传感器、激光测距仪或相配合的激光发射器与接收器等。所述铝粒下限传感器的输出接入电控装置，所述铝粒上限传感器的输出接入电控装置，所述电控装置设有或者不设有铝粒高度检测数据显示器，优选设有铝粒高度检测数据显示器，以便于可以直观观察所述容器内铝粒的实时堆积高度，判断是否需要向所述容器内添加铝粒。所述电控装置设有或者不设有铝粒下限报警装置，优选设有铝粒下限报警装置，以便于当铝粒的堆积高度达到或低于下限时报警，提示向所述容器内添加铝粒，保证电池的正常工作。所述电控装置的相应控制信号接入所述顶盖电动启闭机构的电机的控制端，用于控制所述电机的启动及正反转，当所述铝粒下限传感器检测到所述容器内铝粒的堆积高度达到或低于下限高度时，所述电控装置控制所述电机启动并正转，通过所述传动装置向上开启所述顶盖，所述顶盖通过所述第一弹簧带动所述压板同时开启，当所述铝粒上限传感器检测到所述容器内铝粒的堆积高度达到或高于上限高度时，所述电控装置控制所述电机启动并反转，通过所述传动装置向下关闭所述顶盖，所述压板在所述第二弹簧的拉力及第一弹簧的推力作用下同时关闭。通过所述顶盖电动启闭机构和电控装置可以实现所述顶盖和所述压板启闭的自动控制。优选的，所述电控装置的相应控制信号还可以接入所述铝粒出料管上的出料控制阀和所述螺旋输送装置的控制端，以便于当所述铝粒下限传感器检测到所述容器内铝粒的堆积高度达到或低于下限高度时，所述电控装置控制所述出料控制阀开启、所述螺旋输送装置启动，向所述容器内添加铝粒，当所述铝粒上限传感器检测到所述容器内铝粒的堆积高度达到或高于上限高度时，所述电控装置控制所述出料控制阀关闭、所述螺旋输送装置停止，终止向所述容器内添加铝粒，从而实现铝粒的自动添加补充，实现铝空气电池的自维持，提高铝空气电池的持续使用时间和耐用性。设置所述电控装置后，所述铝粒下限传感器和所述铝粒上限传感器采集的铝粒堆积高度信息能够被所述电控装置利用，所述电控装置利用现有技术，根据接收到的铝粒堆积高度信息，生成数据显示指令、报警指令和对所述顶盖电动启闭机构、出料控制阀、螺旋输送装置的控制指令，控制所述数据显示器显示铝粒堆积高度、控制所述铝粒下限报警装置适时报警以及控制所述顶盖电动启闭机构带动所述顶盖自动开启和关闭、控制所述出料控制阀开启和关闭、控制所述螺旋输送装置启动和停止。

所述铝空气电池还可以设有用于检测其内部电解液的液量和电解液内杂质含量的传感器，所述传感器可以采用现有技术下适宜的传感器，如压力传感器、红外线传感器、激光测距仪、相配合的激光发射器与接收器和成分分析仪等。所述传感器的输出接入电解液循环电控装置，所述电解液循环电控装置设有或者不设有电解液量和电解液内杂质含量数据显示器，优选设有电解液量和电解液内杂质含量数据显示器，以便于可以直观观察所述容器内电解液量和电解液内的杂质含量，判断是否需要进行添加电解液或电解液循环过滤处理。所述电解液循环电控装置设有或者不设有电解液量下限报警装置和电解液内杂质超量报警装置，优选设有电解液量下限报警装置和电解液内杂质超量报警装置，以便于当电解液量达到或低于下限时报警和/或电解液内杂质含量超量时报警，提示向所述容器内添加电解液或进行电解液循环过滤处理，保证电池的正常工作。所述电解液循环电控装置的相应控制信号可以接入所述排液管上的排液控制阀、所述进液管上的进液控制阀和所述加液管上的加液控制阀，以便于当所述传感器检测到所述容器内的电解液量达到或低于下限或者所述电解液中的杂质超量时，所述电解液循环电控装置控制所述加液控制阀、排液控制阀和进液控制阀适宜地开启，向所述容器内添加电解液或进行电解液循环过滤，当所述传感器检测到所述容器内的电解液量达到或高于上限或者所述电解液中的杂质含量符合要求时，所述电解液循环电控装置控制所述加液控制阀、排液控制阀和进液控制阀适宜地关闭，停止向所述容器内添加电解液或进行电解液循环过滤，从而实现电解液的自动添加补充和/或自动循环过滤，实现铝空气电池的自维持，提高铝空气电池的持续使用时间和耐用性。设置所述电解液循环电控装置后，所述传感器采集的电解液量和电解液内杂质含量的信息能够被所述电解液循环电控装置利用，所述电解液循环电控装置利用现有技术，根据接收到的电解液量和电解液内杂质含量的信息，生成数据显示指令、报警指令和对所述排液控制阀、进液控制阀、加液控制阀的控制指令，控制数据显示器显示电解液量和电解液内杂质含量、控制电解液内杂质超量报警装置适时报警以及控制排液控制阀、进液控制阀、加液控制阀自动开启和关闭。所述电解液循环电控装置与顶盖电动启闭机构的电控装置可以采用同一套电控装置。

参见图4，所述自维持铝空气电池***还包括氢燃料电池22和充电电池23，所述容器的顶盖上的排气孔通过氢气输送管24连接所述氢燃料电池的氢气入口，用以将铝空气电池的电化学反应副产物氢气引入氢燃料电池作为原料使用，实现了铝空气电池的电化学反应副产物的回收再利用，铝空气电池与氢燃料电池（仅利用来自于铝空气电池的氢气作为原料供电）共同使用，相比于只使用铝空气电池，供电效率可提高25%左右。

所述氢燃料电池的电输出端可以连接所述充电电池的充电输入端，所述充电电池的电输出端连接所述螺旋输送装置和所述循环泵的电控制端以及所述顶盖电动启闭机构的电机，所述充电电池作为所述螺旋输送装置、所述循环泵和/或所述顶盖电动启闭机构的电源，使***内的动力机构无需外接电源，实现了***内电能的自提供和自维持。

所述氢气输送管上可以设有输送气泵25，用于辅助氢气的输送。

所述氢气输送管上可以设有储气匀压罐26，用于将氢气集中收集后再统一输出使用，所述输送气泵通常位于所述储气匀压罐的进口侧的氢气输送管上。

所述储气匀压罐上可以设有连通大气的排气管27，用于所述储气匀压罐内多余或剩余的氢气排空，所述排气管上可以设有排气阀28，所述排气阀可以为自动泄压阀或电控阀。

所述氢气输送管上可以设有旁路排空管29，当不需要向所述储气匀压罐内通入氢气时，可以通过所述旁路排空管将氢气排空，所述旁路排空管优选连接在所述储气匀压罐的进气侧的氢气输送管上，并设有排空控制阀门30。

所述储气匀压罐进气侧的所述氢气输送管上可以设有储气匀压罐进气控制阀31，位于所述储气匀压罐出气侧的所述氢气输送管上可以设有储气匀压罐出气控制阀32，便于对所述储气匀压罐的进、出气进行控制。

所述储气匀压罐可以设有用于检测其内部压力的压力表，便于实时监控所述储气匀压罐内的压力，避免所述储气匀压罐内的压力过大造成危险。

所述储气匀压罐内可以设有折板式气水分离装置或者斜板式沉降装置，用于进入所述储气匀压罐内的含氢气的混合物质的气水和/或气固分离，避免非氢气物质进入氢燃料电池，所述储气匀压罐的底部可以设有排水管，用于分离的水或固体物质排出，所述排水管上可以设有排水控制阀。

所述电解液通常为氯化钠溶液，所述电解液中优选添加2-3%的柠檬酸，可有效促使所述电解液与所述铝粒充分反应，并可改善电压滞后现象。

所述铝粒以铝为主要原料，其原料中还包括稀土氧化物和铟氧化物，所述稀土氧化物为镧系元素的氧化物，所述镧系元素的氧化物为镧氧化物、铈氧化物和镨氧化物中的任意一种或任意多种的任意比例组合。

所述镧氧化物、铈氧化物和镨氧化物可以采用任意适于加入铝中或制备铝合金的镧氧化物、铈氧化物和镨氧化物，还可以选择具有相同或相仿作用的其他稀土氧化物。

例如，所述镧氧化物可以采用La₂O₃；所述铈氧化物可以采用Ce₂O₃和/或CeO₂；所述镨氧化物可以采用PrO₂、Pr₂O₃和Pr₆O₁₁中的任意一种或多种。当采用多种稀土氧化物时，各种稀土氧化物之间的用量比例可以任意，可以根据原料的可得性、品质及工艺等多方面因素确定对稀土氧化物的选择。稀土氧化物的加入有利于促进电池整体的氧化还原反应，并可提高电极的电化学性能。

所述铟氧化物可以采用任意适于加入铝中或制备铝合金的铟氧化物。例如，所述铟氧化物可以采用In₂O₃。铟氧化物的添加能够在氧化反应中使铝极板上均匀布有网状的氧化结构，通过这种结构以其他技术手段，可有效提高铝电极在反应中的氧化平稳性。

所述稀土氧化物在原料中的质量百分比优选为0.015%-0.03%（包括端值），例如，0.015%、0.02%或0.03%。

所述铟氧化物在原料中的质量百分比优选为0.01%-0.025%（包括端值）。例如，0.01%、0.015%或0.025%。

所述铝在原料中的质量百分比一般可不低于99.95%。

像任何材料一样，这种铝粒材料中也可能存在或允许存在其他成分（指铝、稀土氧化物和铟氧化物之外的成分），这些其他成分可以来源于原料中所含的杂质，也允许基于工艺或材料性能的需要，人为加入某些有益成分。

通常应将铝、稀土氧化物和铟氧化物之外的其他成分在原料中的含量控制在一个可以接受的水平，例如，在原料中的质量比不大于0.015%。根据实验，在该限定下，其他成分的存在对电池性能无值得关注的或明显的影响。

将以上述原料制备的铝粒及采用该铝粒的容器式铝电极应用于铝空气电池，并以加入柠檬酸的氯化钠溶液作为电解液，测得铝电极的电化学性能为α=7-9，腐蚀率为7.1×10^-3mm/a左右，脱氧能力＜1ppm，氧化平稳性相对于现有技术提高10-20%，电池（单元）的工作电流密度为50-60 mA/cm³，相比于传统的铝空气电池，工作电流密度可提高180%左右。

本实用新型的工作流程为：当所述铝粒下限传感器检测到所述铝粒的堆积高度达到或低于下限高度时，通过电控装置控制所述顶盖电动启闭机构开启所述顶盖，所述第一弹簧带动所述压板同时开启，同时电控装置控制所述出料控制阀开启、所述螺旋输送装置启动（或者所述出料控制阀和螺旋输送装置相比于所述顶盖电动启闭机构延时开启或启动），向所述容器内所述压板下部的空间补充所述铝粒，当所述铝粒上限传感器检测到所述铝粒的堆积高度达到或高于上限高度时，通过电控装置控制所述顶盖电动启闭机构关闭所述顶盖，同时电控装置控制所述出料控制阀关闭、所述螺旋输送装置停止（或者所述顶盖电动启闭机构相比于所述出料控制阀和螺旋输送装置延时关闭），终止向所述容器内所述压板下部的空间补充所述铝粒，所述压板复位并在所述第二弹簧的作用下压实位于所述压板下部的铝粒，铝粒与容器内的电解液通过电化学反应向外供电。当所述铝空气电池内的传感器检测到所述容器内的电解液量达到或低于下限或者所述电解液中的杂质超量时，电控装置控制所述加液控制阀、排液控制阀和进液控制阀适宜地开启，向所述容器内添加电解液或进行电解液循环过滤，当所述传感器检测到所述容器内的电解液量达到或高于上限或者所述电解液中的杂质含量符合要求时，电控装置控制所述加液控制阀、排液控制阀和进液控制阀适宜地关闭，停止向所述容器内添加电解液或进行电解液循环过滤。如此反复，实现铝空气电池的铝粒和电解液的自动添加以及电解液的自动循环过滤，实现铝空气电池的自维持，提高铝空气电池的持续使用时间和耐用性。

Claims (10)

1.一种自维持铝空气电池***，包括铝空气电池，其特征在于还包括铝粒自动添加机构，所述铝空气电池采用容器式铝电极，所述容器式铝电极包括容器，所述容器内填充有铝粒并容纳有电解液，所述铝粒自动添加机构包括铝粒料仓和螺旋输送装置，所述料仓的底部呈锥状，所述料仓的底端开设有铝粒出口，所述料仓的铝粒出口通过铝粒出料管接入所述螺旋输送装置的进料口，所述螺旋输送装置的出料口通过铝粒给料管接入所述容器上的铝粒进口，或者所述螺旋输送装置的出料口连接铝粒给料管，所述铝粒给料管的出口位于所述容器的上方，所述铝粒给料管的落料进入所述容器顶部的顶口。

2.如权利要求1所述的自维持铝空气电池***，其特征在于还包括电解液循环机构，所述电解液循环机构包括溶液箱和循环泵，所述溶液箱设置在高于所述铝空气电池的位置，所述溶液箱的上部设有溶液进口，所述溶液箱的底部设有溶液出口，所述溶液箱内安装有滤网，所述铝空气电池的上部设有加液口，所述铝空气电池的底部设有排液口，所述排液口通过排液管连接所述溶液进口，所述排液管连通所述溶液箱内所述滤网围成的或所述滤网与所述溶液箱的内壁围成的过滤空间的内部，所述排液管上安装所述循环泵，所述溶液出口通过进液管连接所述加液口，所述进液管连通所述溶液箱内的过滤空间的外部。

3.如权利要求2所述的自维持铝空气电池***，其特征在于所述铝粒出料管上设有出料控制阀。

4.如权利要求3所述的自维持铝空气电池***，其特征在于位于所述铝空气电池与所述循环泵之间的所述排液管上设有排液控制阀。

5.如权利要求4所述的自维持铝空气电池***，其特征在于所述进液管上设有进液控制阀。

6.如权利要求5所述的自维持铝空气电池***，其特征在于所述容器式铝电极的数量为若干个，各所述容器式铝电极相互串联，所述铝粒给料管分别通过相应的铝粒进料支管连接各所述容器式铝电极的容器上的铝粒进口或对准各所述容器式铝电极的容器顶部的顶口。

7.如权利要求6所述的自维持铝空气电池***，其特征在于所述铝空气电池的数量为若干个，若干个所述铝空气电池串联/并联构成电池组，各所述铝空气电池的排液口通过各自的排液支管连通所述排液管，各所述铝空气电池的加液口通过各自的进液支管连通所述进液管。

8.如权利要求1、2、3、4、5、6或7所述的自维持铝空气电池***，其特征在于所述容器式铝电极还包括压板和第一弹簧，所述容器的顶部设有用于盖住顶口的顶盖，所述顶盖通过第一合页安装于所述容器的顶壁或侧壁上，所述压板通过第二合页安装于所述容器内的侧壁上，所述顶盖和所述压板安装在所述容器的同一侧，所述压板与所述顶盖通过所述第一弹簧连接，所述压板的边缘与所述容器的内壁之间留有间隙，所述压板位于所述容器内，将所述容器的内部分为上、下两个空间，所述铝粒填充在所述容器内所述压板下部的空间。

9.如权利要求8所述的自维持铝空气电池***，其特征在于所述容器式铝电极还包括第二弹簧，所述压板与所述容器的底壁通过所述第二弹簧连接。

10.如权利要求2或4所述的自维持铝空气电池***，其特征在于还包括氢燃料电池和充电电池，所述容器式铝电极还包括压板和第一弹簧，所述容器的顶部设有用于盖住顶口的顶盖，所述顶盖通过第一合页安装于所述容器的顶壁或侧壁上，所述压板通过第二合页安装于所述容器内的侧壁上，所述顶盖和所述压板安装在所述容器的同一侧，所述压板与所述顶盖通过所述第一弹簧连接，所述压板的边缘与所述容器的内壁之间留有间隙，所述压板位于所述容器内，将所述容器的内部分为上、下两个空间，所述铝粒填充在所述容器内所述压板下部的空间，所述容器式铝电极还包括第二弹簧，所述压板与所述容器的底壁通过所述第二弹簧连接，所述顶盖上开设有氢气排气孔，所述排气孔通过氢气输送管连接所述氢燃料电池的氢气入口，所述氢燃料电池的电输出端连接所述充电电池的充电输入端，所述充电电池作为所述螺旋输送装置和/或所述循环泵的电源。

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