CN103579716A

CN103579716A - 一种锌空气燃料电池的氧化锌分离装置及其分离方法

Info

Publication number: CN103579716A
Application number: CN201210272007.XA
Authority: CN
Inventors: 霍春辉
Original assignee: SHENYANG XINCO ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHENYANG XINCO ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2012-07-31
Filing date: 2012-07-31
Publication date: 2014-02-12

Abstract

本发明属于电化学领域，具体的说是一种电解液循环式锌空气燃料电池的氧化锌分离装置及其分离方法。包括过滤槽及乏浆池，其中过滤槽内设有过滤材料，过滤材料将过滤槽分隔成原液腔及滤后腔；所述原液腔上分别开有入口、出口，入口通过连接管道接至第一电解液驱动泵的输出端，第一电解液驱动泵的输入端通过溢出管与电池组中各单体电池的顶部溢流口连通；所述出口通过连接管道与乏浆池连通，在出口与乏浆池之间的连接管道上设有电磁阀；所述滤后腔上开有输出口，输出口通过连接管道接至第二电解液驱动泵的输入端，第二电解液驱动泵的输出端通过管道与电池组中各单体电池的底部注入口连通。本发明装置能够有效的将液体循环式锌空气燃料电池电解液中的氧化锌分离出来，阻止了氧化锌对锌电极的包裹，提高了原料锌的利用率。

Description

一种锌空气燃料电池的氧化锌分离装置及其分离方法

技术领域

本发明属于电化学领域，具体的说是一种电解液循环式锌空气燃料电池的氧化锌分离装置及其分离方法。

背景技术

锌空气电池自1879年Maiche首次制作成功已经发展了一个世纪，目前这项技术仍在持续发展当中。锌空气电池因其具有容量大，比能量高，综合性能稳定，使用安全，材料易得且低廉，对环境友好等特点，而受到广泛的关注，并不断寻求锌空气电池的应用市场。

环境污染，能源危机一直是人们十分关注的问题，而汽车既是能源消耗大户，也是制造环境污染的大户之一。因此，用于驱动汽车的动力电池研究一直是各国政府和研究工作者关注的问题。

锌空气电池因其所具有的特性，使得它在电动车电源的选择中很早就受到青睐。但是，锌空气电池在电动车领域的应用至今也没有得到广泛的推广。主要原因在于，现有的锌空气电池负极结构和更换方式无法满足使用者的要求。

锌空气电池根据充电方式的不同可分为机械插块式和液体循环式两种。机械插块式的锌空气电池使用多孔锌板作为电极的负极材料，采用定量、定型的特殊添加剂工艺一次压制成型，保证了多孔锌板的高孔隙率和活性锌的含量高度一致，同时特殊添加剂使多孔锌板反应过程中自身的浓差极化得到有效控制，解决了电池单体内部因浓差极化而产生自放电的问题。多孔锌板可以通过机械插拔更换的形式来实现电池单体的能量补充。但是，电池放电完毕后需要更换新电极，不利于商业化操作。

液体循环式锌空气电池是将电解液和锌粉混合后制成电浆，然后用泵打入电池腔内，电浆在电池内循环流动放电，实现了锌空气电池的燃料式运转。其优点是放电源容量大、输出电压平稳、高比能量、活性物资可反复利用、消耗低、价格廉、无污染、保存性能优良。相比于机械插块式锌空气电池，液体循环式锌空气电池在使用上更加简单快捷，更有利于商业化操作。不过，在现有的液体循环式锌空气燃料电池中仍然存在着一些问题。比如北京某公司所开发的注入式锌空气电池，其使用的胶态富锌物质在放电过程中所生成的反应产物氧化锌并没有与反应物锌分离开来，随着放电反应的进行氧化锌将锌包裹，阻碍了反应的进行，使电池的内阻升高，降低了原料的利用率，影响了电池的性能。

发明内容

本发明目的在于提供一种锌空气燃料电池的氧化锌分离装置。

为实现上述目的，本发明采用技术方案为：

一种锌空气燃料电池的氧化锌分离装置，包括过滤槽及乏浆池，其中过滤槽内设有过滤材料，所述过滤材料将过滤槽分隔成原液腔及滤后腔；所述原液腔上分别开有入口、出口，入口通过连接管道接至第一电解液驱动泵的输出端，第一电解液驱动泵的输入端通过溢出管与电池组中各单体电池的顶部溢流口连通；所述出口通过连接管道与乏浆池连通，在出口与乏浆池之间的连接管道上设有电磁阀；所述滤后腔上开有输出口，输出口通过连接管道接至第二电解液驱动泵的输入端，第二电解液驱动泵的输出端通过管道与电池组中各单体电池的底部注入口连通。所述入口、出口分别位于过滤槽轴向截面的两侧，对称设置。所述输出口与入口位于同一侧。

所述锌空气燃料电池由至少一个电池单体组成，电池单体由两片空气电机、隔膜、网状阴极集流槽、锌粒、集流引线和电池外框组成，两片空气电机相对设置由电池外框相连，相对面分别设有隔膜，两隔膜中设填充有锌粒的网状阴极集流槽，网状阴极集流槽由集流引线与另外的空气电机相连。

采用锌空气燃料电池的氧化锌分离装置的分离方法，锌空气燃料电池于电解液中放电反应，放电反应于网状阴极集流槽形成表面包裹氧化锌的锌粒，电解液由锌空气燃料电池的顶部溢流口溢出通过溢流管经第一电解液驱动泵由入口泵入过滤槽，电解液经由原液腔利用自身重力透过过滤材料流入滤后腔，而后在第二电解液驱动泵19的推动下，滤后腔中的电解液被抽出注入锌空气燃料电池底部注入口，进而使电解液循环使用。所述过滤材料为：1000目不锈钢（牌号316L)。

本发明所具有的优点：本发明装置能够有效的将液体循环式锌空气燃料电池电解液中的氧化锌分离出来，阻止了氧化锌对锌电极的包裹，提高了原料锌的利用率。并且使得液体循环式锌空气燃料电池的放电更加稳定。

附图说明

图1为本发明实施例提供的液体循环式锌空气燃料电池的氧化锌分离装置示意图。其中，1.电池单体，2.空气电极，3.隔膜，4.网状阴极集流槽，5.锌粒，6.集流引线，7.电池外框，8.溢出管，9.管道，10.过滤槽，11.原液腔，12.滤后腔，13.入口，14.出口，15.电解液驱动泵，16.电磁阀，17.乏浆池，18.输出口，19.电解液驱动泵，20.过滤材料。

具体实施方式

如图1所述，锌空气燃料电池的氧化锌分离装置，包括过滤槽10及乏浆池17，其中过滤槽10内设有过滤材料20，所述过滤材料20将过滤槽10分隔成原液腔11及滤后腔12；所述原液腔11上分别开有入口13、出口14，入口13通过连接管道接至第一电解液驱动泵15的输出端，第一电解液驱动泵15的输入端通过溢出管8与电池组中各单体电池的顶部溢流口连通；所述出口14通过连接管道与乏浆池17连通，在出口14与乏浆池17之间的连接管道上设有电磁阀16；所述滤后腔12上开有输出口18，输出口18通过连接管道接至第二电解液驱动泵19的输入端，第二电解液驱动泵19的输出端通过管道9与电池组中各单体电池的底部注入口连通。

所述入口13、出口14分别位于过滤槽10轴向截面的两侧，对称设置。所述输出口18与入口13位于同一侧。

所述锌空气燃料电池由至少一个电池单体1组成，电池单体1由两片空气电极2、隔膜3、网状阴极集流槽4、锌粒5、集流引线6和电池外框7组成，两片空气电极2相对设置由电池外框7相连，相对面分别设有隔膜3，两隔膜3中设填充有锌粒5的网状阴极集流槽4，网状阴极集流槽4由集流引线6与另外的空气电机2相连。

分离时在电池单体1中，电解液由单体电池的底部注入，从单体电池的顶部溢出，进入溢流管8，由于锌粒的比重较大，溢出的电解液中没有锌粒，只夹带着放电反应中产生的氧化锌微粒。

多个电池单体1被串列构成了电池组。注入电解液的管道9连接到了电池组中每一个单体电池的底部，同样，溢流管8也连接到电池组中没一个单体电池的顶部溢流口。

各个电池单体1在放电反应中，在放电的同时会在心里的表面生成泥状的氧化锌，裹在锌粒的表面，时间一长就会形成钝化层，降低电化学反应的速度。在电解液驱动泵19的推动下，滤后腔12中的电解液被抽出，加大压力后从电解液通驱动泵19的输出口打入电解液注入管道9，高压力电解液就从电池组中各个单体电池1的底部注入，电解液克服了密集锌粒的阻力，从单体电池1的顶部溢出口溢出。在这个过程中有必要说明的是：锌粒是从单体电池的上口，随着锌粒的消耗逐渐加入的，因此单体电池1中上面的锌粒因反应时间短，颗粒较大缝隙大，下面的锌粒因反应时间长，消耗得多，颗粒小，缝隙也小。溢出的电解液仅携带了氧化锌微粉，而根本不含比重大体积又大的锌粒，这样先用流动的电解液将实现了氧化锌和锌粒分离。携带着氧化锌的白色电解液从溢流口流出时，经溢流管被溢流泵15吸走，再输入到过滤槽10的原液腔11中。电解液在过滤槽10中透过过滤材料20。由于生成产物氧化锌无法透过过滤材料20，所以氧化锌被留在原液腔11。还要进一步说明的是：当电解液驱动泵19再从滤后腔12吸入电解液时，电解液过滤槽10的滤后腔12的压力降低，加强了过滤材料20的过滤功能。

当过滤网过滤的氧化锌到一定量，影响了进一步过滤性能时，本发明中作了如下安排：电磁阀16打开，电解液驱动泵反省工作增大滤后腔的压力，液流反冲过滤网，将塞在滤网缝中的氧化锌剔出。溢流泵正常工作这样就将高浓度氧化锌经电磁阀排放到乏浆池17中。至此本发明又实现了氧化锌微粉与电解液的分离。

经本发明分离装置处理后使电解液中95％以上的氧化锌被滤除，溶液始终保持澄清。增加本发明过滤装置后，可使锌燃料的利用率高达98％以上。

Claims

1.一种锌空气燃料电池的氧化锌分离装置，其特征在于：包括过滤槽（10）及乏浆池（17），其中过滤槽（10）内设有过滤材料（20），所述过滤材料（20）将过滤槽（10）分隔成原液腔（11）及滤后腔（12）；所述原液腔（11）上分别开有入口（13）、出口（14），入口（13）通过连接管道接至第一电解液驱动泵（15）的输出端，第一电解液驱动泵（15）的输入端通过溢出管（8）与电池组中各单体电池的顶部溢流口连通；所述出口（14）通过连接管道与乏浆池（17）连通，在出口（14）与乏浆池（17）之间的连接管道上设有电磁阀（16）；所述滤后腔（12）上开有输出口（18），输出口（18）通过连接管道接至第二电解液驱动泵（19）的输入端，第二电解液驱动泵（19）的输出端通过管道（9）与电池组中各单体电池的底部注入口连通。

2.按权利要求1所述的锌空气燃料电池的氧化锌分离装置，其特征在于：所述入口（13）、出口（14）分别位于过滤槽（10）轴向截面的两侧，对称设置。

3.按权利要求2所述的锌空气燃料电池的氧化锌分离装置，其特征在于：所述输出口（18）与入口（13）位于同一侧。

4.按权利要求1所述的锌空气燃料电池的氧化锌分离装置，其特征在于：所述锌空气燃料电池由至少一个电池单体（1）组成，电池单体（1）由两片空气电机（2）、隔膜（3）、网状阴极集流槽（4）、锌粒（5）、集流引线（6）和电池外框（7）组成，两片空气电机（2）相对设置由电池外框（7）相连，相对面分别设有隔膜（3），两隔膜（3）中设填充有锌粒（5）的网状阴极集流槽（4），网状阴极集流槽（4）由集流引线（6）与另外的空气电机（2）相连。

5.一种权利要求1所述的采用锌空气燃料电池的氧化锌分离装置的分离方法，其特征在于：锌空气燃料电池于电解液中放电反应，放电反应于网状阴极集流槽（4）形成表面包裹氧化锌的锌粒，电解液由锌空气燃料电池的顶部溢流口溢出通过溢流管经第一电解液驱动泵（15）由入口（13）泵入过滤槽（10），电解液经由原液腔（11）利用自身重力透过过滤材料（20）流入滤后腔（12），而后在第二电解液驱动泵（19）的推动下，滤后腔（12）中的电解液被抽出注入锌空气燃料电池底部注入口，进而使电解液循环使用。