本發(fā)明涉及一種利用聲學(xué)毛細(xì)管提升金屬-空氣液流電池性能的方法，屬于超聲、流體驅(qū)動、材料結(jié)構(gòu)和電池相互交叉的。

背景技術(shù)：

1、金屬-空氣電池作為新一代綠色環(huán)保電池，因其具有高能量密度、高功率密度、性能安全可靠、制造成本低廉、綠色無害等特點，被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)療、航空宇航、遠(yuǎn)洋探測、新能源載具等前沿領(lǐng)域。

2、雖然金屬-空氣電池的大部分性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)電池，但金屬-空氣電池作為一種新興的電池技術(shù)，還存在部分技術(shù)問題如在放電過程中會產(chǎn)生嚴(yán)重的析氫腐蝕，這不僅會導(dǎo)致金屬陽極材料的利用率不高，還會無故增加電池內(nèi)部電化學(xué)損耗。目前該電池已經(jīng)成為國內(nèi)外學(xué)者的一個研究熱點。

3、目前針對金屬-空氣電池性能提升這一問題已經(jīng)有了一些方法。cn114597455a公開了一種利用間歇式工作的循換泵來改善液流電池的放電性能，其具體運行模式為：所述鋅溴單液流電池的循環(huán)泵進(jìn)行運行與停止工作交替的周期性操作，每次運行時間為3mins、每次停止工作時間為10-50mins。本發(fā)明通過對電池運行參數(shù)的精確計算，設(shè)定放電過程中電解液循環(huán)泵開啟及關(guān)閉時間，在保持電堆循環(huán)穩(wěn)定性及面容量不變的前提下，有效地降低了泵耗，提升鋅溴單液流電池系統(tǒng)的能量效率但以此種方式提升性能對于循環(huán)泵系統(tǒng)設(shè)置要求過高，可能會導(dǎo)致泵工作不穩(wěn)定，且提升過程時間較長。

4、因此，確有必要對現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)以解決現(xiàn)有技術(shù)之不足。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對金屬-空氣電池技術(shù)現(xiàn)存的不足，本發(fā)明提供了一種利用聲學(xué)毛細(xì)管提升金屬-空氣液流電池性能的方法，該方法通過改變用于連接金屬-空氣液流電池與超聲換能器的毛細(xì)管的材質(zhì)、形狀和表面結(jié)構(gòu)等，以控制電解液液流速度，提高液相傳質(zhì)速率，從而有效提升金屬-空氣電池的輸出功率。

2、本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：一種利用聲學(xué)毛細(xì)管提升金屬-空氣液流電池性能的方法，利用毛細(xì)管連接超聲換能器和金屬-空氣液流電池。通過改變毛細(xì)管的材料，能夠有效改變毛細(xì)管的親疏水性，從而控制電解液的流速；通過將毛細(xì)管彎曲成不同的形狀，能夠改善毛細(xì)管的通過性，可用以提升電解液通過效率；通過在毛細(xì)管表面或內(nèi)部雕刻不同的花紋，能夠?qū)崿F(xiàn)電解液的自吸性，在沒有驅(qū)動設(shè)備的輔助下，電池系統(tǒng)也可以穩(wěn)定運行。

3、所述的毛細(xì)管，內(nèi)部添加親水聚氨酯填料，表面結(jié)構(gòu)為內(nèi)螺旋，內(nèi)徑為0.05-30mm。

4、所述的雕刻在毛細(xì)管內(nèi)外壁的結(jié)構(gòu)具有多種類型，包括但不限于多重懸臂結(jié)構(gòu)、毛細(xì)鋸齒結(jié)構(gòu)等

5、所述超聲換能器容納腔形狀多樣，包括但不限于長方體、圓柱體、椎體等。

6、所述電解液溶液生物質(zhì)電解液包括但不限于生理鹽水、葡萄糖、抗壞血酸、尿素、氯化鉀。

7、所述金屬-空氣液流電池包括反應(yīng)池和電極電極包括金屬陽極和空氣陰極。

8、所述超聲換能器連接有換能器驅(qū)動電源，所述的換能器驅(qū)動電源的輸出電壓可調(diào)節(jié)。

9、本發(fā)明具有如下有益效果：1.本發(fā)明具有成本低廉、安全可靠、環(huán)境友好、高穩(wěn)定性等一系列的優(yōu)點，使其在電池技術(shù)領(lǐng)域具有顯著優(yōu)勢。2.通過提升電池電解液的液流速度，能夠大幅促進(jìn)質(zhì)子或離子在電池中的傳輸速率；降低電池的極化效應(yīng)；促進(jìn)電化學(xué)反應(yīng)在電極表面均勻分布；有助于維持電池工作溫度范圍，防止高溫對電池穩(wěn)定性的影響。3.利用超聲毛細(xì)效應(yīng)驅(qū)動電解液液流，因其結(jié)構(gòu)小能耗低等優(yōu)點，有助與金屬-空氣電池小型化和商業(yè)化的發(fā)展。

10、傳統(tǒng)機械泵驅(qū)動的金屬-空氣電池在流速0.4、1.4、1.9、3.3（ml·min-1）時能量消耗分別為3.12、3.60、6.00、6.48（w），峰值功率密度增強比值為0.96、2.97、3.47、5.32（%）。而使用超聲驅(qū)動相同流速下的電解液，其能量消耗為0.75、1.06、1.41、1.82（w）,峰值功率密度增強比值分別為3.81、4.98、10.51、16.70（%）。因此相較于傳統(tǒng)金屬-空氣液流電池使用的機械泵而言，使用超聲驅(qū)動金屬-空氣液流電池，能夠減小電池體積，降低電池質(zhì)量，降低電池能耗，顯著提升電池放電性能等優(yōu)點。

技術(shù)特征：

1.一種利用聲學(xué)毛細(xì)管提升金屬-空氣液流電池性能的方法，其特征在于：換能器驅(qū)動電源（7）驅(qū)動超聲換能器（6）做超聲振動帶動容納腔（5）內(nèi)的電解液通過第一毛細(xì)管（41）流入反應(yīng)槽（2），第一毛細(xì)管一端位于容納腔內(nèi)電解液液面下方，另一端位于反應(yīng)槽上方，反應(yīng)槽（2）的底部通過第二毛細(xì)管（42）與容納腔（5）相連，第二毛細(xì)管在容納腔（5）內(nèi)的電解液液面上方。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用聲學(xué)毛細(xì)管提升金屬-空氣液流電池性能的方法，其特征在于：所述的毛細(xì)管內(nèi)徑為0.05-30mm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用聲學(xué)毛細(xì)管提升金屬-空氣液流電池性能的方法，其特征在于：所述容納腔的形狀我于長方體、圓柱體或椎體。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用聲學(xué)毛細(xì)管提升金屬-空氣液流電池性能的方法，其特征在于：所述電解液為堿性電解液、中性電解液、有機電解液或無機電解液。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用聲學(xué)毛細(xì)管提升金屬-空氣液流電池性能的方法，其特征在于：所述超聲換能器產(chǎn)生的聲波頻率為10khz-2000khz。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用聲學(xué)毛細(xì)管提升金屬-空氣液流電池性能的方法，其特征在于：所述超聲換能器連接有換能器驅(qū)動電源。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用聲學(xué)毛細(xì)管提升金屬-空氣液流電池性能的方法，其特征在于:?第一毛細(xì)管、第二毛細(xì)管內(nèi)部填充材料為親水材料。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的利用聲學(xué)毛細(xì)管提升金屬-空氣液流電池性能的方法，其特征在于:所述毛細(xì)管的形狀為內(nèi)螺旋型或錐螺旋型。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開一種利用聲學(xué)毛細(xì)管提升金屬?空氣液流電池性能的方法，該方法利用毛細(xì)管連接超聲換能器和金屬?空氣液流電池，改變毛細(xì)管的材料，能夠有效改變毛細(xì)管的親疏水性，從而控制電解液的流速；將毛細(xì)管彎曲成不同的形狀，能夠改善毛細(xì)管的通過性，可用以提升電解液通過效率；在毛細(xì)管表面或內(nèi)部雕刻不同的結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)電解液高效率液流，在沒有驅(qū)動設(shè)備的輔助下，電池系統(tǒng)也可以穩(wěn)定運行。該方法利用聲學(xué)中的超聲毛細(xì)效應(yīng)，通過將超聲應(yīng)用于電池設(shè)備，能夠有效提升傳質(zhì)和反應(yīng)速率，從而能夠?qū)崿F(xiàn)金屬?空氣液流電池輸出功率與容量的大幅度提升。

技術(shù)研發(fā)人員：李博洋,湯強,黃慧宇,李琛,楊永偉,張佳霖,楊雨婷,孔德力,陳秋如,谷洲之,趙亮
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：2024/10/10