一种超声微液流金属-空气电池系统技术方案

本发明专利技术公开了一种超声微液流金属‑空气电池系统，属于超声工程与能源工程的交叉领域，利用超声振动在金属‑空气电池内部的电解液中形成微液流，降低浓差极化、降低电池内阻、清理电极表面、防止电极钝化，从而增加金属‑空气电池的放电电流和输出功率。本发明专利技术的电池系统包括超声驱动电路、压电换能装置、振动传递装置、金属‑空气电池单元，所述超声驱动电路主要负责信号转换，为所述压电换能装置提供相匹配的励振信号源，所述信号源输入所述压电换能装置，所述压电换能装置产生振动，振动再通过所述振动传递装置传递至所述金属‑空气电池单元，振动在所述金属‑空气电池单元内部的电解液中形成微液流。

【技术实现步骤摘要】
一种超声微液流金属-空气电池系统
本专利技术属于超声工程与能源工程的交叉领域，尤其涉及一种超声微液流金属-空气电池系统。
技术介绍
金属-空气电池是一种以金属与空气作为电池材料的新型电池，具有转换效率高、运行安全、绿色环保、高能量密度和容量、平稳的放电特性、对负载和温度的依赖性低和较低的制造成本等特点，已经在移动设备、电动汽车、固定电站等领域得到应用，而且在电动汽车、军事通讯装备、便携式装备、无人机、车辆、潜艇、水面舰艇和航天器等均具有较大的应用潜力，所以受到越来越多的关注。虽然金属-空气电池具有高能量密度（或比能量），但其输出电流密度低和功率密度低制约了它的应用范围和进一步发展，而目前的研究方向主要集中于新型高效阴极催化材料的研制及其电池结构设计。
技术实现思路
本专利技术提供了一种超声微液流金属-空气电池系统，利用超声振动在金属-空气电池内部的电解液中形成微液流，降低浓差极化、降低电池内阻、清理电极表面、防止电极钝化，从而增加金属-空气电池的放电电流和输出功率。为实现以上目的，本专利技术采用以下技术方案：一种超声微液流金属-空气电池系统，包括：超声驱动电路、压电换能装置、振动传递装置、金属-空气电池单元；所述超声驱动电路负责信号转换，为所述压电换能装置提供相匹配的励振信号源，所述信号源输入所述压电换能装置，所述压电换能装置产生振动，振动再通过所述振动传递装置传递至所述金属-空气电池单元，振动在所述金属-空气电池单元内部的电解液中形成微液流。以上所述系统中，所述金属-空气电池单元为锌空、镁空、铝空、锂空或其组合电池单元，组合方式为串联、并联或串并联的方式；所述压电换能单元超声振动的工作频率范围是0.01Hz-10GHz；所述超声波驱动电路的工作电压来自于电池系统本身或外部电源；所述压电换能单元产生的振动为厚度、纵向、径向和横向振动模态。有益效果：本专利技术提供了一种超声微液流金属-空气电池系统，利用各种压电换能装置产生超声振动,振动传递至金属-空气电池单元的内部电解液中，形成微液流，声学微液流的搅拌效应可以降低浓差极化、降低电池内阻、清理电极表面、防止电极钝化,从而能够提高金属-空气电池系统的放电电流和输出功率。本专利技术系统可以用于任意电解质为液态的金属-空气电池单元或电池组，且无噪音，可小型化，可规模化，可靠性好。附图说明图1为本专利技术的工作原理示意图；图2为实施例中微液流分布图；图3为有无超声情况下，实施例中纽扣锌空气电池的输出功率曲线图；图4为有无超声情况下，实施例中纽扣锌空气电池在不同载荷下工作电流和电压的关系图；其中：1-超声波驱动电路、2-压电换能装置、3-振动传递装置、4-金属-空气电池单元。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明：如图1所示，一种超声微液流金属-空气电池系统，包括：超声驱动电路、压电换能装置、振动传递装置、金属-空气电池单元；所述超声驱动电路负责信号转换，为所述压电换能装置提供相匹配的励振信号源，所述信号源输入所述压电换能装置，所述压电换能装置产生振动，振动再通过所述振动传递装置传递至所述金属-空气电池单元，振动在所述金属-空气电池单元内部的电解液中形成微液流。以上所述系统中，所述金属-空气电池单元为锌空、镁空、铝空、锂空或其他合金-空气电池单元，组合方式为串联、并联或串并联的方式；所述压电换能单元超声振动的工作频率范围是0.01Hz-10GHz；所述超声波驱动电路的工作电压来自于电池系统本身或外部电源；所述压电换能单元产生的振动为厚度、纵向、径向和横向振动模态。工作时，对超声驱动电路施加电压激励，所述超声驱动电路通过调节并输出适合于激励所述压电换能装置振动的电压信号，使得所述压电换能装置在某频率下产生超声振动，超声振动通过所述振动传递装置（在此实施例中为纽扣金属-空气电池的金属壳体）传递至金属-空气电池单元内部的电解液，振动在电解液中产生声学流，从而引起液体的微流动。图2为多物理场计算所得的超声引起锌-空气纽扣电池(南孚A675)内部的微液流分布图，微液流能够降低浓差极化、降低电池内阻、清理电极表面、防止电极钝化，从而增加金属-空气电池的放电电流和输出功率。所述超声驱动电路的频率一般都在高频区间，为20kHz以上，所述超声驱动电路具有转换功能，可将驱动电路进行整流、滤波、功率放大，调整区间是根据实际需要进行设计和调整，实现压电换能装置的超声驱动；所述压电换能装置可以根据整体超声微液流金属-空气电池系统的具体情况对其材质、大小、形状、位置进行合理的选择；所述超声驱动电路由函数信号发生器（TektronixARG3022B,250Ms/s,25MHz)发出信号，通过功率放大器(hpf-83a南京方能科技实业有限公司)进行信号功率放大，用于驱动换能器；所述压电换能装置为PZT-4的压电圆环，尺寸为：内径6mm，外径12mm，厚度3mm；工作频率为131kHz，输入电压为20V，30V（峰峰值），电流为60mA（峰峰值）；图3为不同超声条件下锌空气电池的输出功率曲线图，图4为不同超声条件下锌空气电池在不同载荷下工作电流和电压的关系图，从图中可以看出，增加了超声振动后，电池的电流和输出功率都有所增加。以上仅为本专利技术的具体实施方式，但专利技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本
的技术人员在本专利技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本专利技术的保护范围之内。因此，本专利技术的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超声微液流金属-空气电池系统，其特征在于，包括：超声驱动电路、压电换能装置、振动传递装置、金属-空气电池单元；所述超声驱动电路负责信号转换，为所述压电换能装置提供相匹配的励振信号源，所述信号源输入所述压电换能装置，所述压电换能装置产生振动，振动再通过所述振动传递装置传递至所述金属-空气电池单元，振动在所述金属-空气电池单元内部的电解液中形成微液流。/n

【技术特征摘要】
1.一种超声微液流金属-空气电池系统，其特征在于，包括：超声驱动电路、压电换能装置、振动传递装置、金属-空气电池单元；所述超声驱动电路负责信号转换，为所述压电换能装置提供相匹配的励振信号源，所述信号源输入所述压电换能装置，所述压电换能装置产生振动，振动再通过所述振动传递装置传递至所述金属-空气电池单元，振动在所述金属-空气电池单元内部的电解液中形成微液流。


2.根据权利要求1所述的超声微液流金属-空气电池系统，其特征在于，所述金属-空气电池单元为锌空、镁空、铝空、锂空或其组合电池单元。


3.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡俊辉，罗钊，黄慧宇，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32