本發(fā)明屬于超聲、電化學(xué)相互交叉，涉及了一種基于超聲空氣聚焦方法的金屬-空氣液流電池裝置；具體的是，涉及了一種利用超聲空氣催化陰極電極提升金屬-空氣液流電池放電性能的方法。

背景技術(shù)：

1、金屬-空氣液流電池作為一種新興的電池技術(shù)，結(jié)合了傳統(tǒng)氧化還原液流電池的獨(dú)特設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)與金屬空氣電池的高比能量、低內(nèi)阻、無(wú)毒、長(zhǎng)儲(chǔ)存壽命、低沉本、高能量密度以及安全性等優(yōu)勢(shì)，展現(xiàn)出顯著的潛力。由于其高效、節(jié)能、環(huán)保等特性，金屬-空氣液流電池在電動(dòng)汽車、海洋能源供應(yīng)及軍事通訊裝備等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，已成為國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者在電池技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

2、盡管金屬-空氣液流電池具有高比能量、高功率密度和大電流密度等優(yōu)點(diǎn)，其發(fā)展仍面臨諸多挑戰(zhàn)，主要包括空氣陰極與電解質(zhì)溶液之間的濃差極化和雙電層極化，以及金屬陽(yáng)極的不溶性產(chǎn)物過(guò)濾和電解質(zhì)溶液的循環(huán)更新問(wèn)題。這些問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致電解質(zhì)溶液內(nèi)阻的增大，從而降低電池的輸出功率。目前的研究主要集中在電解質(zhì)溶液循環(huán)方式的優(yōu)化、空氣電極催化材料的開發(fā)以及金屬電極合金材料的研制。然而這些傳統(tǒng)方法對(duì)于金屬-空氣液流電池放電性能的提升已經(jīng)到了瓶頸，需要一種能大幅提升其放電性能的新方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明目的是提出了一種基于超聲空氣聚焦方法的金屬-空氣液流電池裝置，其有別于傳統(tǒng)的方法且可以和傳統(tǒng)方法相結(jié)合。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案是：本發(fā)明所述的一種基于超聲空氣聚焦方法的金屬-空氣液流電池裝置，包括整體裝置的連接平臺(tái)；

3、在所述整體裝置的連接平臺(tái)上壁的一側(cè)安置有金屬-空氣液流電池固定平臺(tái)，在所述金屬-空氣液流電池固定平臺(tái)上端的一側(cè)安置有金屬-空氣液流電池單元。

4、進(jìn)一步的，在所述整體裝置的連接平臺(tái)上壁的另一側(cè)安置有壓電片和聲透鏡的固定支架。

5、進(jìn)一步的，在所述壓電片和聲透鏡的固定支架上端開設(shè)的圓孔中安置有壓電片，在所述壓電片上安置有聲透鏡。

6、進(jìn)一步的，所述壓電片的輻射面與聲透鏡的平面由環(huán)氧樹膠相粘接，并通過(guò)螺釘固定在壓電片和聲透鏡的固定支架上端開設(shè)的圓孔中，所述聲透鏡的那一面朝向金屬-空氣液流電池單元。

7、進(jìn)一步的，所述金屬-空氣液流電池單元包括pmma陰極蓋板、pmma陽(yáng)極蓋板，在所述pmma陰極蓋板、pmma陽(yáng)極蓋板之間分別安置有空氣陰極、pvc隔板、電解液擋板及空氣陽(yáng)極；

8、在所述pmma陰極蓋板、pvc隔板及pmma陽(yáng)極蓋板上對(duì)應(yīng)的開設(shè)有若干個(gè)螺孔，在若干所述的螺孔中穿設(shè)有用于連接pmma陰極蓋板、pvc隔板及pmma陽(yáng)極蓋板的螺栓及螺母。

9、進(jìn)一步的，在所述pmma陽(yáng)極蓋板的上下兩端分別開設(shè)有電解液入口及電解液出口，

10、在所述電解液入口中插設(shè)有電解液入口管，

11、在所述電解液出口中插設(shè)有電解液出口管。

12、進(jìn)一步的，在所述pmma陰極蓋板上開設(shè)有一個(gè)為空氣陰極提供空氣的正方形窗口；

13、所述空氣陰極為碳紙電極；

14、所述pvc隔板為金屬-空氣液流電池單元的反應(yīng)腔；

15、所述電解液擋板與空氣陽(yáng)極粘接并嵌入pmma陽(yáng)極蓋板開設(shè)的凹槽中。

16、進(jìn)一步的，所述pmma陰極蓋板、pmma陽(yáng)極蓋板的長(zhǎng)寬為30mm-40mm之間，且大小相同，厚度在4mm-6mm之間；

17、所述pmma陰極蓋板上開設(shè)的窗口的尺寸大于15mm*15mm，且不影響螺栓和螺母的安裝；

18、所述空氣陰極、空氣陽(yáng)極的尺寸需大于窗口尺寸，且不影響螺栓和螺母的安裝；

19、所述空氣陽(yáng)極由鋁合金材料制成，空氣陰極為附著pt/c催化粉末的碳紙；

20、所述pvc隔板的長(zhǎng)寬應(yīng)和陽(yáng)極/陰極蓋板相同，厚度為0.5mm-5mm，根據(jù)容納電解液的多少做出調(diào)整；

21、所述電解液入口管及電解液出口管的外徑為2mm-3mm，內(nèi)徑為0.7mm-1.5mm，由橡膠材料制備而成。

22、進(jìn)一步的，所述壓電片共振頻率范圍為20khz-200khz，工作頻率f＝113.89-114.34khz，工作電壓為8.1v-8.4v(有效值)，工作電流為332ma-350ma(有效值)。

23、進(jìn)一步的，所述聲透鏡為凹球面，焦點(diǎn)半徑r在39.3mm-40.2mm，直徑與壓電片相同，最大厚度為7.93mm，由鋁合金材料制成。

24、本發(fā)明的有益效果是：1、本發(fā)明在大幅提升性能的同時(shí)可以與傳統(tǒng)的方法相結(jié)合；2、本裝置可以作為整個(gè)電池系統(tǒng)的外置部件，不會(huì)影響電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性；3.整個(gè)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，能耗小、無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，有利于推動(dòng)實(shí)際應(yīng)用。

技術(shù)特征：

1.一種基于超聲空氣聚焦方法的金屬-空氣液流電池裝置，其特征在于，包括整體裝置的連接平臺(tái)(5)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于超聲空氣聚焦方法的金屬-空氣液流電池裝置，在所述整體裝置的連接平臺(tái)(5)上壁的另一側(cè)安置有壓電片和聲透鏡的固定支架(2)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于超聲空氣聚焦方法的金屬-空氣液流電池裝置，其特征在于，在所述壓電片和聲透鏡的固定支架(2)上端開設(shè)的圓孔中安置有壓電片(1)，在所述壓電片(1)上安置有聲透鏡(3)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于超聲空氣聚焦方法的金屬-空氣液流電池裝置，其特征在于，所述壓電片(1)的輻射面與聲透鏡(3)的平面由環(huán)氧樹膠相粘接，并通過(guò)螺釘固定在壓電片和聲透鏡的固定支架(2)上端開設(shè)的圓孔中，所述聲透鏡(3)的那一面朝向金屬-空氣液流電池單元(6)。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于超聲空氣聚焦方法的金屬-空氣液流電池裝置，其特征在于，所述金屬-空氣液流電池單元(6)包括pmma陰極蓋板(601)、pmma陽(yáng)極蓋板(603)，在所述pmma陰極蓋板(601)、pmma陽(yáng)極蓋板(603)之間分別安置有空氣陰極(604)、pvc隔板(602)、電解液擋板(606)及空氣陽(yáng)極(605)；

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于超聲空氣聚焦方法的金屬-空氣液流電池裝置，其特征在于，在所述pmma陽(yáng)極蓋板(603)的上下兩端分別開設(shè)有電解液入口(609)及電解液出口(610)，

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于超聲空氣聚焦方法的金屬-空氣液流電池裝置，其特征在于，在所述pmma陰極蓋板(601)上開設(shè)有一個(gè)為空氣陰極(604)提供空氣的正方形窗口；

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于超聲空氣聚焦方法的金屬-空氣液流電池裝置，其特征在于，所述pmma陰極蓋板(601)、pmma陽(yáng)極蓋板(603)的長(zhǎng)寬在30mm-40mm之間，且大小相同，厚度在4mm-6mm之間；

9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于超聲空氣聚焦方法的金屬-空氣液流電池裝置，其特征在于，所述壓電片(1)共振頻率范圍為20khz-200khz，工作頻率f＝113.89-114.34khz，工作電壓為8.1v-8.4v，工作電流為332ma-350ma。

10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于超聲空氣聚焦方法的金屬-空氣液流電池裝置，其特征在于，所述聲透鏡(3)為凹球面，焦點(diǎn)半徑r在39.3mm-40.2mm，直徑與壓電片(1)相同，最大厚度為7.93mm，由鋁合金材料制成。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于超聲空氣聚焦方法的金屬?空氣液流電池裝置；屬于超聲、電化學(xué)相互交叉技術(shù)領(lǐng)域，包括壓電片、壓電片和聲透鏡的固定支架、聲透鏡、金屬?空氣液流電池固定平臺(tái)、整體裝置的連接平臺(tái)、金屬?空氣液流電池單元、電解液入口管及電解液出口管；本裝置利用超聲產(chǎn)生的聲場(chǎng)作用于陰極電極表面，使得聲壓和聲流共同作用于三相反應(yīng)界面處，以此提高三相反應(yīng)界面處的氧化還原反應(yīng)速率。該電池裝置包括壓電片、壓電片驅(qū)動(dòng)電源、電解槽、金屬陽(yáng)極、空氣陰極、聲透鏡和蠕動(dòng)泵組成；該裝置可與其他傳統(tǒng)的提升金屬?空氣電池性能的方法相結(jié)合；其提升電池性能的裝置可作為外置部件而存在，不會(huì)影響電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性。

技術(shù)研發(fā)人員：黃慧宇,李琛,嚴(yán)成武,湯強(qiáng),楊權(quán)權(quán),李博洋,羅研,王業(yè)輝,瞿生玲
受保護(hù)的技術(shù)使用者：淮陰工學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6