CN102005627A - 一种可更换燃料的铝、镁合金燃料电池 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可更换燃料的铝、镁合金燃料电池，包括附有空气电极板的电化学反应腔、金属电极板、上电解液腔以及防止电解液泄漏的密封装置，所述上电解液腔顶端设有上端盖；所述电化学反应腔设于上电解液腔的下端，电化学反应腔与上电解液腔相互连通；所述电化学反应腔的一侧面开有阳极插口，所述阳极插口的开口大小与金属电极板相配；所述金属电极板的一端设有串并联导电端子。本发明与现有技术相比，具有装配方便，维护简单，可方便地更换燃料的优点，并可以根据使用环境，对多个的燃料电池进行串、并联组装使用。
Description
技术领域
本发明涉及铝、镁合金燃料电池，具体涉及一种可更换燃料的铝、镁合金燃料电池。
背景技术
众所周知，电是人们生活中的主要能源之一，燃料电池是将化学能直接转换为电能和热能的新型电池，其与常规电池的不同之处在于，只要有燃料和氧化剂供给，就会有持续不断的电力输出。它因能量转换效率高、无污染、启动快、电池寿命长、比功率、比能量高等优点，而在固定发电系统、现场用电源、分布式电源、空间飞行器电源及交通工具用电源方面有广阔的应用前景。而与传统电池相比，燃料电池的能量至少要高10倍。目前燃料电池主要包括碱性燃料电池磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固态氧化次燃料电池、质子交换膜燃料电池、直接甲醇燃料电池等，不管何种燃料电池，其结构中都必然包括阳极、阴极和位于阳极和阴极之间的电解质。
例如锌空气燃料电池，采用锌合金为阳极，氢氧化钾(KOH)为电解质，在使用过一段时间后，阳极板完全反应，必须将该反应完成的阳极板予以更换，以使该锌空气电池能维持供电的状态。然而，现有的燃料电池，阳极是不能更换的，当阳极完全反应完了，整个燃料电池也就没用了，除非对燃料电池进行充电，使阳极还原，这就与电池是输出电能的动力源相违背了。
公开号为CN 2593376，公开日为2002年11月4日，公开了一种金属空气燃料电池的锌匣补给更换装置，其包括有一箱体；一锌匣储料槽，供储放复数个锌匣，其底部开设有一锌匣送出槽口；一电池导入机构，配置在该箱体的接收及准备区，且承置一送入的金属空气燃料电池，并该金属空气燃料电池移送至该锌 匣储料槽的锌匣送出槽口下方。由于该技术为锌空燃料电池，结构复杂，其电解液因为具腐蚀性甚至有毒害，更换要求相当高，且其具体结构和原理、反应都与铝、镁合金燃料电池千差万别，故该方案并不适用于铝、镁合金燃料电池。
申请人之前申请过公开号CN101026255，公开日2007年8月29日，申请号为200710073300.2，实用新型名称为改性铝、镁合金燃料电池的中国实用新型专利申请，但包括该申请在内的其它铝、镁合金燃料电池并未公开可以更换燃料的方案。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种装配方便，维护简单，可方便的更换燃料的铝、镁合金燃料电池。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种可更换燃料的铝、镁合金燃料电池，包括附有空气电极板的电化学反应腔、金属电极板、上电解液腔以及防止电解液泄漏的密封装置，所述上电解液腔顶端设有上端盖；所述电化学反应腔设于上电解液腔的下端，电化学反应腔与上电解液腔相互连通；所述电化学反应腔的一侧面开有阳极插口，所述阳极插口的开口大小与金属电极板相配；所述金属电极板的一端设有串并联导电端子。
电化学反应腔的下端还设有下电解液腔，电化学反应腔与下电解液腔相互连通，所述下电解液腔的底部设有下端盖。
所述的密封装置包括弹性密封垫圈及阳极固定板；所述阳极插口的边缘设有垫圈凹槽，所述的弹性密封垫圈设于垫圈凹槽上；所述的阳极固定板由绝缘材料制成；所述串并联导电端子固定于阳极固定板上，所述阳极固定板的大小与电化学反应腔开有阳极插口的一侧面相配，所述阳极固定板与金属电极板之间留有间隙；所述阳极固定板的内侧设有凸条，所述凸条的大小与阳极插口相 配；所述阳极固定板的内侧还设有环形凸棱，所述环形凸棱的大小与弹性密封圈相配；上电解液腔的底端设有上限位孔，下电解液腔的顶端设有下限位孔，所述的上限位孔处于下限位孔的正上方，所述上、下限位孔均处于阳极插口的外侧，所述的上、下限位孔以棍式弹簧连接。
所述阳极插口设于电化学反应腔的一侧面的中部位置。
所述串并联导电端子与金属电极板的连接方式为铆接。
为了使单个的铝、镁合金燃料电池可根据实际情况进行串联、并联或串并联使用，所述串并联导电端子的数量为二；所述电化学反应腔的正面及背面均设有阴极固定隔栅，所述阴极固定隔栅由绝缘材料制成，所述阴极固定隔栅上设有凸起；所述的上、下电解液腔的正面及背面均设有凹孔及凸柱，所述凹孔与凸柱相互配合；所述上电解液腔的表面设有条形凸棱。
本发明与现有技术相比，有效克服了现有的燃料电池的缺陷，在技术性能上体现出综合优势，具体表现在：
1、独特的金属电极抽换结构和密封结构，可实现方便的对反应完全的金属电极板进行更换，特别是位于中部的金属电极结构布置，电极侧面的电化学反应有利于实现更好的电解液对流，反应更充分；
2、下电解液腔设有的下端盖可方便地排出反应后的残渣液，延长使用寿命；
3、上电解液腔设有的上端盖既方便加入电解液，也可以在使用中，很好的排出反应热量，起到散热作用。
4、上、下电解液腔的表面设有凹凸连接结构，可方便地使单个燃料电池组装结合，成为电池组，满足不同环境下的使用需求。
附图说明
图1为本发明实施例的安装示意图。
图2为本发明实施例的金属电极板及其阳极固定板的背面结构示意图。
具体实施方式
如图1和2所示，一种可更换燃料的铝、镁合金燃料电池，包括附有空气电极的电化学反应腔1、金属电极板2、上电解液腔3、下电解液腔4以及防止电解液泄漏的密封装置。本实施例的电化学反应腔1与金属电极板2的制作材料均采用申请号为200710073300.2的“改性铝、镁合金燃料电池”中的相对应结构的材料，即所述的金属电极板2为改性铝、镁合金阳极，电化学反应腔1为空气电极，而使用时，电化学反应腔1及上电解液腔3、下电解液腔4内充满的电解液为含盐的中性电解液。
所述的上电解液腔3顶端设有上端盖5，用于添加电解液和使用时对流散热；上电解液腔3的正面及背面均设有凹孔32及凸柱31，而且凹孔32及凸柱31可相互配合，即多个的燃料电池可通过这种凹凸结构组装结合起来，成为电池组；所述的上电解液腔3的正面及背面还设有具有散热功能的条形凸棱33，从而延长燃料电池的使用寿命。
所述的下电解液腔4的底部设有下端盖6，用于排放反应后的残渣液；下电解液腔4的正面及背面也设有与上电解液腔3功能相同的凹孔及凸柱。
所述的电化学反应腔1设于上、下电解液腔3、4之间，而且电化学反应腔1分别与上、下电解液腔3、4相互连通；所述电化学反应腔1的一侧面开有阳极插口7，所述阳极插口设于电化学反应腔的一侧面的中部位置，所述阳极插口7的开口大小与金属电极板2相配，即金属电极板2可以通过阳极插口7进入电化学反应腔1内，并且位于电化学反应腔1的中部，从而使金属电极板2两面都可以与电解液充分接触，从而提高化学反应效率和使用效率；所述金属电极 板2的一端设有串并联导电端子10，所述串并联导电端子10与金属电极板2的连接方式为铆接；所述串并联导电端子10的数量为二，即单个的铝、镁合金燃料电池可根据实际情况进行串联、并联或串并联使用，二个串并联导电端子10接线更方便，截面积更大。所述电化学反应腔1的正面及背面对称地设置有阴极固定隔栅14，所述阴极固定隔栅14由绝缘材料制成，所述阴极固定隔栅14上设有凸起141，当多个本实施例的燃料电池组合使用时，凸起141可保证燃料电池之间的距离，从而防止了电池组合使用时电化学反应腔1短接的情况出现，即杜绝了阴极短接的危险，并保证有效的空气流动空间。
所述的密封装置包括弹性密封垫圈9及阳极固定板11，所述的阳极固定板11由绝缘材料制成。所述阳极插口7的边缘设有垫圈凹槽8，所述的弹性密封垫圈9设于垫圈凹槽8上；所述串并联导电端子10固定于阳极固定板11上，所述阳极固定板11的大小与电化学反应腔1开有阳极插口7的一侧面相配，即阳极固定板11可以完全覆盖弹性密封垫圈9。
为了进一步加强密封性能，防止电解液的泄漏，所述阳极固定板11的内侧设有凸条112，所述凸条112的大小与阳极插口7相配；所述阳极固定板11的内侧还设有环形凸棱111，所述环形凸棱111的大小与弹性密封圈9相配；上电解液腔3的底端设有上限位孔(图上未标出)，下电解液腔4的顶端设有下限位孔12，所述的上限位孔处于下限位孔12的正上方，所述上限位孔和下限位孔12均处于阳极插口7的外侧，所述的上、下限位孔12以棍式弹簧13连接。当金属电极板2完全插入电化学反应腔1内后，阳极固定板11可完全把阳极插口7密封，此时，再安装棍式弹簧13，依靠棍式弹簧的推力，即可把阳极固定板11固定，即是说，棍式弹簧13的设置，可以把阳极固定板11完全固定于阳极插口7上，加强了密封效果。
为了实现电化学反应时，电解液更好的对流散热，所述阳极固定板11与金属电极板2之间留有间隙，即串并联导电端子10与阳极固定板11的固定处，与金属电极板2的边缘相距5-20mm，以形成无反应的通道。由于阳极金属电极板2与串并联导电端子为不同材料，为防止不同金属在本实施例的燃料电池中形成电位差，使用前应用除油剂清洗位于电化学反应腔1内部的串并联导电端子10表面及金属电极板2与串并联导电端子10的接触处10-15mm的范围，清洗完成后，再涂上0.5mm的厚环氧磁漆，起防止该处先进行化学反应，从而消除破坏整体结构的影响。
本实施例的使用方法非常简单，先把金属电极板2插入电化学反应腔1内，然后装上棍式弹簧13，即可把金属电极板2固定于电化学反应腔1的中部内；然后打开上端盖5，往电解液腔内添加电解液；最后，金属电极板的串并联导电端子10作为负极，电化学反应腔1的空气电极板作为正极，接入电路即可使用。若实际情况需要多个燃料电池组合使用，可以先把多个燃料电池通过凹凸结构组装在一起，然后按照串联、并联或串并联方式把单个的燃料电池组装并连接，接入电路即可使用。
当燃料电池的燃料耗尽时，只需先打开下端盖6，排出反应后的残渣液；然后关闭下端盖6；接着把棍式弹簧13取出，抽出反应完全的金属电极板2，插入新的金属电极板2，再安装棍式弹簧13；最后，打开上端盖5，添加适量的电解液，使电解液充满整个电化学反应腔1，或加至电解液也充满上电解液腔3，从而使金属电极2的两侧与电解液充分接触，关闭上端盖5，即可使燃料电池重新投入使用，产生电能。
以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式的一种，例如上述实施例可以不设有下电解液腔，反应后的残渣液可从上端盖倒出，所以本 领域技术人员在本发明方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种可更换燃料的铝、镁合金燃料电池，包括附有空气电极板的电化学反应腔、金属电极板以及上电解液腔，其特征在于：还包括防止电解液泄漏的密封装置；所述上电解液腔顶端设有上端盖；所述电化学反应腔设于上电解液腔的下端，电化学反应腔与上电解液腔相互连通；所述电化学反应腔的一侧面开有阳极插口，所述阳极插口的开口大小与金属电极板相配；所述金属电极板的一端设有串并联导电端子。
2.如权利要求1所述的一种可更换燃料的铝、镁合金燃料电池，其特征在于：电化学反应腔的下端设有下电解液腔，电化学反应腔与下电解液腔相互连通；所述下电解液腔的底部设有下端盖。
3.如权利要求2所述的一种可更换燃料的铝、镁合金燃料电池，其特征在于：所述的密封装置包括弹性密封垫圈及阳极固定板；所述阳极插口的边缘设有垫圈凹槽，所述的弹性密封垫圈设于垫圈凹槽上；所述的阳极固定板由绝缘材料制成，所述串并联导电端子固定于阳极固定板上，所述阳极固定板的大小与电化学反应腔开有阳极插口的一侧面相配，所述阳极固定板与金属电极板之间留有间隙。
4.如权利要求3所述的一种可更换燃料的铝、镁合金燃料电池，其特征在于：所述阳极固定板的内侧设有凸条，所述凸条的大小与阳极插口相配；所述阳极固定板的内侧还设有环形凸棱，所述环形凸棱的大小与弹性密封圈相配。
5.如权利要求4所述的一种可更换燃料的铝、镁合金燃料电池，其特征在于：上电解液腔的底端设有上限位孔，下电解液腔的顶端设有下限位孔，所述的上限位孔处于下限位孔的正上方，所述上、下限位孔均处于阳极插口的外侧，所述的上、下限位孔以棍式弹簧连接。
6.如权利要求1-5任一项所述的一种可更换燃料的铝、镁合金燃料电池，其特征在于：所述阳极插口设于电化学反应腔的一侧面的中部位置。
7.如权利要求1-5任一项所述的一种可更换燃料的铝、镁合金燃料电池，其特征在于：所述串并联导电端子的数量为二，所述串并联导电端子与金属电极板的连接方式为铆接。
8.如权利要求1-5任一项所述的一种可更换燃料的铝、镁合金燃料电池，其特征在于：所述电化学反应腔的正面及背面均设有阴极固定隔栅，所述阴极固定隔栅由绝缘材料制成，所述阴极固定隔栅上设有凸起。
9.如权利要求1-5任一项所述的一种可更换燃料的铝、镁合金燃料电池，其特征在于：所述上电解液腔的正面及背面均设有凹孔及凸柱，所述凹孔与凸柱相互配合。
10.如权利要求1-5任一项所述的一种可更换燃料的铝、镁合金燃料电池，其特征在于：所述上电解液腔的外表面设有条形凸棱。
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