CN103199286B - 一种输出电压可调的等离子碱性燃料电池及调节方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种输出电压可调的等离子碱性燃料电池及调节方法，包括相互独立的阳极反应腔、阴极反应腔及连接两个所述反应腔的U型管，两个所述反应腔和U型管内均装有电解液，阳极反应腔内的底部设置浸泡在电解液中的第一金属板，阳极反应腔的外上部设置第二金属板，第一金属板连接可调压直流电源的负极，第二金属板连接可调压直流电源的正极；通过电压表检测阴极和阳极板之间的电势差，若电势差小于用电负荷所要求的电压，调高可调压直流电源的输出电压以提高电势差，若电势差大于用电负荷所要求的电压，调低可调压直流电源的输出电压以降低电势差，根据使用要求改变离子碱性燃料电池的输出电压。
Description
技术领域
本发明属于燃料电池技术领域，尤其涉及一种可以调节输出电压的等离子碱性燃料电池。
背景技术
中国专利申请号为201310026537.0、名称为“一种等离子碱性燃料电池”提供的等离子碱性燃料电池，包括相互独立的阳极反应腔与阴极反应腔，阳极的氢气由等离子发生器电离，阴极采用与碱性燃料电池相同的阴极组件电离氧气；阴极反应腔位于阳极反应腔的左侧；在阳极反应腔与阴极反应腔中均装有高导电率的强碱溶液作为电解液；在阳极反应腔与阴极反应腔之间连接U型管，U型管与两个反应腔的连接处要低于两个反应腔内电解液的高度。阳极反应腔为一密封结构，在阳极反应腔内的顶部设有收集电子的阳极。在阳极反应腔的右侧，依次设有等离子发生器、氢气扩散腔和储氢罐，等离子发生器左端的等离子喷口伸在阳极反应腔内的电解液面的上部，等离子体发生器工作时向阳极反应腔内喷入氢气等离子体。在阳极反应腔前后两侧的外部固定设置一对磁铁使在阳极反应腔的内腔整个范围内作用有磁场，该磁场使等离子体发生器喷出的电子飞向阳极以及使氢离子飞向电解质液面。阴极组件与阳极分别为等离子碱性燃料电池的正极与负极，其间可通过导线连接用电负载来对外提供电能。该等离子碱性燃料电池的缺点是阳极和阴极的电势差是受限的，阳极由于电子聚集产生电势阻碍电子飞向阳极，使得阳极和阴极的电势差是受限。常用的碱性燃料电池、质子交换膜燃料电池等的电压受限，比如在常温25摄氏度，电势差的理论最大值为1.229伏特，在常温60摄氏度，电势差的理论最大值为1.482伏特，即输出电压不能调节，限制了电池单体输出电压及功率。
发明内容
本发明的目的是针对现有等离子碱性燃料电池存在输出电压无法提高及调节的问题而提供一种输出电压可调的等离子碱性燃料电池及其调节方法。
本发明所述一种输出电压可调的等离子碱性燃料电池采用的技术方案是：包括相互独立的阳极反应腔、阴极反应腔及连接两个所述反应腔的U型管，两个所述反应腔和U型管内均装有电解液，阴极反应腔内的电解液中浸有阴极，阳极反应腔内的顶部设有阳极板，阳极反应腔内作用有使电子飞向阳极板及质子飞向电解液面的磁场，阴极和阳极板之间连接用电负荷，用电负荷两端连接电压表，阳极反应腔内的底部设置浸泡在电解液中的第一金属板，阳极反应腔的外上部设置第二金属板，第一金属板连接可调压直流电源的负极，第二金属板连接可调压直流电源的正极。
本发明所述一种等离子碱性燃料电池的输出电压调节方法采用的技术方案是：通过电压表检测阴极和阳极板之间的电势差，若电势差小于用电负荷所要求的电压，调高可调压直流电源的输出电压以提高电势差，若电势差大于用电负荷所要求的电压，调低可调压直流电源的输出电压以降低电势差。
本发明的有益效果是：
1、本发明在阳极反应腔内的氢气等离子喷出路线上设置方向向上的电场，可加速电子飞向阳极板及H+飞向电解液，以提高输出电压。
2、通过加大二金属板上的电压，可避免阳极板上因电子聚集产生的电场阻碍电子飞向第二金属板，即可提高等离子碱性燃料电池的输出电压；
3、将第一金属板设置在阳极反应腔内的底部，可利用电解液的导电作用使电解液面与阳极板的空间内获得比第一金属板设置阳极反应腔外更大的电场强度，以提高输出电压。
4、通过对可调压直流电源输出电压进行调整，可根据使用要求改变离子碱性燃料电池的输出电压。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
图1是本发明的结构示意图。
图中：1-阴极；2-电压表；3-用电负荷；4-第二金属板；5-阳极板；6-第一金属板；7-等离子发生器；8-可调直流电源；9-U型管；10-阳极反应腔；11-阴极反应腔。
具体实施方式
如图1所示，本发明包括相互独立的阳极反应腔10和阴极反应腔11，阳极反应腔10和阴极反应腔11的底部通过U型管9相连，阳极反应腔10、阴极反应腔11、U型管9内均装有强碱性电解液。阳极反应腔10位于阴极反应腔11的右侧；等离子发生器7左端的等离子喷口伸在阳极反应腔10内的电解液面的上部，等离子体发生器7工作时向阳极反应腔10内喷入氢气等离子体。阳极板5位于阳极反应腔10内的顶部，整个阳极反应腔10内作用有使电子飞向阳极板5及质子飞向电解质液面磁场。阴极1浸泡在阴极反应腔11的电解液中；阴极1和阳极板5之间通过导线连接用电负荷3。在用电负荷3两端连接电压表2。
在阳极反应腔10内的底部设置第一金属板6，第一金属板6浸泡在电解液中，在阳极反应腔10的外上部设置第二金属板4，两金属板均与阳极板5和阴极1绝缘。将第一金属板6连接至可调压直流电源8的负极，将第二金属板4连接至可调压直流电源8的正极。这样，在阳极反应腔10内的氢气等离子喷出路线上产生方向向上电场，可加速电子飞向阳极板5及H+飞向阳极反应腔10内的电解液；通过加大第二金属板4上的电压，可避免阳极板5上因电子聚集产生的电场阻碍电子飞向第二金属板5，即可提高等离子碱性燃料电池的输出电压；将第一金属板6设置阳极反应腔内的底部，可利用电解液的导电作用使电解液面与阳极板5的空间内获得比第一金属板6设置阳极反应腔10外更大的电场强度，而加快电子和H+分离速度。
本发明工作时，根据电压表2的值及用电负荷3的电压输入要求对可调压直流电源8的输出电压进行调节，可实现等离子碱性燃料电池输出电压的调整。具体是：通过电压表2检测等离子碱性燃料电池的阴极1和阳极板5之间的电势差，若电势差小于用电负荷3所要求的电压，调高可调压直流电源8的输出电压，以提高阴极1和阳极板5之间的电势差；若阴极1和阳极板5之间的电势差大于用电负荷3所要求的电压，调低可调压直流电源10的输出电压，以降低阴极1和阳极板5之间的电势差，满足用电负荷3的电压要求。
Claims (3)
1.一种输出电压可调的等离子碱性燃料电池，包括相互独立的阳极反应腔（10）、阴极反应腔（11）及连接两个所述反应腔的U型管（9），两个所述反应腔和U型管（9）内均装有电解液，阴极反应腔（11）内的电解液中浸有阴极（1），阳极反应腔（10）内的顶部设有阳极板（5），阳极反应腔（10）内作用有使电子飞向阳极板（5）及质子飞向电解液液面的磁场，阴极（1）和阳极板（5）之间连接用电负荷（3），用电负荷（3）两端连接电压表（2），其特征是：阳极反应腔（10）内的底部设置浸泡在电解液中的第一金属板（6），阳极反应腔（10）的外上部设置第二金属板（4），第一金属板（6）连接可调压直流电源（8）的负极，第二金属板（4）连接可调压直流电源（8）的正极。
2.根据权利要求1所述一种输出电压可调的等离子碱性燃料电池，其特征是：所述第一金属板（6）、第二金属板（4）均与阳极板（5）、阴极（1）之间绝缘。
3.一种如权利要求1所述等离子碱性燃料电池的输出电压调节方法，其特征是：通过电压表（2）检测阴极（1）和阳极板（5）之间的电势差，若电势差小于用电负荷（3）所要求的电压，调高可调压直流电源（8）的输出电压以提高电势差，若电势差大于用电负荷（3）所要求的电压，调低可调压直流电源（8）的输出电压以降低电势差。
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