CN103748737A - 电池系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电池系统，该电池系统将空气作为正极活性物质，并将金属物质作为负极活性物质，其中，包括：所述金属物质的薄膜；一对卷线筒，各端部连接于所述薄膜；电极，位于所述各卷线筒之间的薄膜路径附近；熔解液，位于所述电极的下游，用于熔解在发电时被酸化的金属物质。作为金属物质可以采用镁、铝、锌、锂、铁等，作为电极可以采用铜电极，而作为熔解液可以采用盐酸液、硫酸液、醋酸液。还可以通过配备一对连接着所述薄膜的卷线筒，从而将其构成为卡盘类型。

Description

电池系统
技术领域
本发明涉及一种电池系统，尤其涉及一种卡盘类型的镁电池及系统。
背景技术
专利文献1中公开了一种具有通过水解生成氢而由氢受体进行发电的系统以及通过电极与离子的氧化还原化学反应而进行发电的系统这两个系统的发电装置。该发电装置由以下部分构成：借助于将功能性物质装在容器内部的部件或氢产生容器的氢释放单元，该氢产生容器将功能性物质装在负极和阳极，并将由电解质形成的电池构件设置于容器内部；包含液体容器的氢产生单元，该液体容器根据使功能性物质与水或者水溶液（电解液）反应的水解和由水解引起的功能性物质的变质而使保持在结晶间的氢原子结合的这两种方式产生氢气；第一生电单元，由氢产生容器的电池构件来生电；第二生电单元，由氢受体借助于氢产生容器中生成的氢气而生电；控制单元，将第一生电单元所产生的电供应给负荷装置，通过由负荷引起的电流量而控制氢产生单元的氢气产生量。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本再公表2008/015844号公报
发明内容
技术问题
然而，专利文献1所公开的发电装置为大规模装置，因此其应用领域具有局限性。
因此，本发明将提供一种构造简易的电池系统作为课题。
技术方案
本发明公开一种电池系统，将空气作为正极活性物质，并将特定物质作为负极活性物质，其中，具有：所述特定物质的薄膜；一对卷线筒，各端部连接于所述薄膜；电极，位于所述各卷线筒之间的薄膜路径附近。
还可以具有容器，该容器位于所述电极的下游，并收容有用于熔接在发电时被氧化的特定物质的熔解液。并且，如果试举一例，则作为特定物质可以采用镁、锌、锂、铁、碳、钠、铍、铝、镉、硫、铅等，作为电极可以采用铜、碳、二氧化锰、铝、金、银、铍、镁，作为熔解液的成分可以采用盐酸、硫酸、醋酸、硝酸、硬脂酸、蚁酸、柠檬酸、氨水、氢氧化钠、氯化钙、碳酸钠、氯化铵、乙醇、苯甲醇、环己醇、乙二醇、丙酮、苯、苯胺、甲苯、环己酮、四氯化碳、三氯乙烯、蓖麻油、合成洗涤剂等。
而且，本发明的镁电池具有一对连接着所述薄膜的卷线筒，并可以将所述卷线筒构成为卡盘类型。
附图说明
图1为本发明的实施方式下的镁电池系统的示意性构成图。
符号说明：
10：第一卷线筒             20：镁薄膜
31～40：导向部             50：支撑部
60：电极                   70：容器
80：熔解液                 90：第二卷线筒
100：卡盘                  1000：镁电池系统
具体实施方式
以下，参照附图说明本发明的实施方式。
图1为本发明实施方式下的镁电池系统1000的示意性构成图。图1中图示着以下将要说明的第一卷线筒10、镁薄膜20、导向部31～40、支撑部50、电极60、容器70、熔解液80、第二卷线筒90、卡盘100。
第一卷线筒10是卷绕有镁薄膜20的部件。第一卷线筒10被构成为能够以未予图示的轴为中心而旋转。作为第一卷线筒10，例如可以选用塑料等树脂制造。
镁薄膜20为镁电池中的负极活性物质，其一端连接于第一卷线筒10，而另一端连接于第二卷线筒90。关于镁薄膜20，可根据卡盘100的大小或者卡盘100的拆卸位置的空间大小等而选择任意的厚度、宽度以及长度。关于镁薄膜20的制造方法，提供几个非限定性的示例。
第一，可通过在薄膜的双面或者单面上涂布镁而制造镁薄膜20。这种情况下的薄膜，只要是能够使熔解液80浸透却不与熔解液80进行反应的材料即可（例如，超高分子量聚乙烯(UHMWPE，Ultra High Molecular WeightPolyethylene)）。如果这样，只要使该薄膜具有强度，便即使有镁薄膜20中的镁由于反应而消减，但薄膜本身却残留下来，因此可防止镁薄膜20本身的断裂。
第二，可通过用薄膜对镁箔的表里面进行层压加工而制造镁薄膜20。如果这样，则除了上述第一情况的优点之外，还能使氢氧化镁、氧化镁保持于薄膜之间，因此易于回收镁薄膜20的反应生成物。
另外，至于构成镁薄膜20的镁本身，可以通过任何方式获得，只是作为一例，可对氧化镁和碳之类的混合物或者化合物进行激光照射，从而通过使氧从氧化镁脱离而生成镁。
导向部31～40为用于规定镁薄膜20的行进位置的部件。关于导向部31～40，只要对镁薄膜20不会造成损伤，则可以采用任何材料。具体而言，在用涂布了镁的薄膜构成镁薄膜20的情况下，可以采用具有防止镁从该薄膜剥落的滑动性的材料。导向部31～40例如可以采用不锈钢材质，而对于其表面，也可以根据需要进行用于提高滑动性的加工。
支撑部50为用于与电极60一同夹持镁薄膜20的部件。关于支撑部50，只要对镁薄膜20不会造成损伤，则可以采用任何材料。作为一例，可以采用铜材质。如果这样，则连支撑部50也将具有电极效果，从而使发电效率提高。
电极60是与镁薄膜20的镁以及正极活性物质所在位置的空气中的氧配合而发电的部件。通过未图示的驱动部而在图中的左右方向上移动。具体而言，电极60在发电时向支撑部50侧移动，而在包括交换卡盘100时在内的其他时段朝相反侧移动。作为驱动部的一例，可以采用发条弹簧，通过其要从被拧紧的状态恢复到原状的过程而利用电极60。电极60例如可以采用铜材质，然而只要是能够与镁进行发电反应的材料，则无需局限于铜材质，也可以采用碳材质、二氧化锰材质等。在这种情况下，支撑部50也可以根据电极60的材料而进行变更。
容器70为可用于注入熔解液80的部件。例如可以由玻璃制造。尤其，容器70只要不是溶解于熔解液80的材质，则并不局限于玻璃材质。
熔解液80为能够与由于发电而造成表面氧化的镁薄膜20（即氧化镁）进行反应的液体。熔解液80可以采用稀盐酸液、稀硫酸液、醋酸液等。如果作为熔解液80采用稀盐酸，便将产生氧、氢、水、氯化镁。
第二卷线筒90为用于卷绕镁薄膜20的部件。第二卷线筒90被构成为能够以未图示的轴为中心而旋转。第二卷线筒90例如可以采用塑料等树脂制造。
卡盘100为收容有第一卷线筒10、镁薄膜20、导向部31～40、支撑部50、容器70、熔解液80、第二卷线筒90的部件。卡盘100例如可以由塑料等树脂制造。在此，卡盘100的收容对象并不局限于图1所示部件，例如，也可以将容器70及熔解液80设置于卡盘100的安装侧，即设置于电极60侧。
其次，对本实施方式的镁电池系统1000的原理进行说明。
首先，利用电极60附近的镁薄膜20与空气中的氧而进行如下的化学反应：
2Mg+O2—>2MgO
因此，镁薄膜20在电极60的下游有一部分成为氧化镁薄膜。
当镁薄膜20与作为容器70内的熔解液80的稀盐酸液接触时，将发生如下化学反应：
MgO+2HCl—>MgCl2+H2O
此外，如果镁薄膜20与作为容器70内的熔解液80的稀盐酸液接触，则有未经氧化的一部分在与作为容器70内的熔解液80的稀盐酸接触时将发生如下化学反应：
Mg+2HCl—>MgCl2+H2
其中，之所以将注入了熔解液80的容器70置于电极60的下游，是为了防止由于上述H2气体接触于作为电极60的铜而发生的氢脆导致的发电效率降低。在本实施方式中，虽然不是非要不可，然而可以利用未图示的隔离部件将容器70与电极60进行隔离。
其次，对镁薄膜20的长度等的一例予以示出的同时对第二卷线筒90的旋转速度等进行说明。
如果将本实施方式的镁电池系统1000使用为汽车的燃料电池系统，则可以考虑使镁薄膜20的厚度取数十～数百μm、宽度取5～10cm、长度取100～200m左右。
在此，由于具备这种厚度、长度条件的镁薄膜20满足如下关系式：
镁薄膜20的半径的平方×3.14=条带的厚度×长度，
因此，在被第一卷线筒10卷绕的状态下，半径约为8cm，与以往的汽车用燃料电池系统比起来属于非常小型的。
如果要使普通乘用车约行驶500km，理论上来讲，只要准备四个具有厚度为100μm、宽度为10cm、长度为200m的镁薄膜20的卡盘100即可（只是一例）。其依据如下。首先，为了行驶500km，约需要100kWh的能量。对此，可在100kW上乘以1小时即3600秒而表示为360MJ。
另一方面，镁产热量为25kJ/g。这样一来，行驶500km所需的镁量为360MJ除以25kJ的值，即14.4kg。
而且，由于厚度为100μm、宽度为10cm、长度为200m的镁薄膜20所需的镁量为3.4kg，因此如上所述，要准备四个具有这种条件的镁薄膜20的卡盘100。
不过，由于变换效率并非一定能达到100%，因此实际上在需要使普通乘用车行驶约500km时，要准备的卡盘100预计将是6～8个左右。
并且，将本实施方式的镁电池系统1000使用为汽车燃料电池系统的情况下，第二卷线筒90的镁薄膜20的卷取速度可以取5mm/秒左右。其依据为，如果汽车用50km/h的时速行驶500km，则行驶时间将是10小时，因此200m长度的镁薄膜20将要用10小时来卷取。
不过，由于仅仅使镁薄膜20通过一次电极60附近是无法使所有镁都进行反应，因此为了使镁薄膜20通过几回，可以构成为从第二卷线筒90侧向第一卷线筒10侧也进行卷取。在这种情况下，可将注入了熔解液80的容器70同时设置于电极60与第一卷线筒10之间。
而且，正如这样，当把镁薄膜20构成为相对于电极60能够往复运动时，第一卷线筒10及第二卷线筒90的镁薄膜20的卷取速度可以取上述例的2～3倍来进行卷取。
产业上的可利用性
本发明可应用于汽车等的电池领域。

Claims (4)

1.一种电池系统，将空气作为正极活性物质，并将特定物质作为负极活性物质，其中，包括：
所述特定物质的薄膜；
一对卷线筒，端部连接于所述薄膜；
电极，位于所述各卷线筒之间的薄膜路径附近。
2.如权利要求1所述的电池系统，其中，包括：
容器，位于所述电极的下游，并收容有用于熔解在发电时被氧化的特定物质的熔解液。
3.如权利要求1所述的电池系统，其中，所述特定物质为镁、锌、锂、铁、碳、钠、铍、铝、镉、硫、铅中的任意一种，所述电极采用铜、碳、二氧化锰、铝、金、银、铍、镁中的任意一种，熔解液的成分中包含盐酸、硫酸、醋酸、硝酸、硬脂酸、蚁酸、柠檬酸、氨水、氢氧化钠、氯化钙、碳酸钠、氯化铵、乙醇、苯甲醇、环己醇、乙二醇、丙酮、苯、苯胺、甲苯、环己酮、四氯化碳、三氯乙烯、蓖麻油、合成洗涤剂中的任意一种。
4.如权利要求1所述的电池系统，其中，相对于所述电极而言，所述卷线筒构成为卡盘类型。
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