CN104134808B - 高效燃料电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的一种高效燃料电池，包括用于容纳电解溶液的容纳腔、阳极和阴极，所述阴极和阳极均设置于容纳腔内，所述阳极为柱状结构且内部设置有反应腔，所述阴极设置于反应腔内的一端端部，反应气体从反应腔的两端进入到反应腔内，本发明的高效燃料电池，电能的转化率能够达到70‑80％，大大减少燃料气体的浪费，节省资源。

Description

高效燃料电池
技术领域
本发明涉及一种电池，尤其涉及一种高效燃料电池。
背景技术
燃料电池一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置，由于中间不需要经过燃烧过程，能量转化率较高，能够达到45-60％，安装方式灵活，更为重要的是环境污染少，因此逐渐被广泛应用。
现有的燃料电池一般采用燃料气体(比如氢气、甲烷等)和氧气(氧气可以采用空气代替)来参与反应发电，虽然现有的燃料电池相对于火力发电和核电(这两种发电方式的转换效率在30-40％)效率大大提高，但是现有的燃料电池的转换效率仍然较为低下，而且溶液造成未反应完的燃料气体浪费，从而造成资源的浪费。
因此，需要提出一种新的燃料电池，相对于传统的燃料电池能够大大提高电能转化率，减少燃料气体的浪费，节省资源。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种高效燃料电池，相对于传统的氢氧燃料电池能够大大提高电能转化率，减少燃料气体的浪费，节省资源。
本发明提供的一种高效燃料电池，包括用于容纳电解溶液的容纳腔、阳极和阴极，所述阴极和阳极均设置于容纳腔内，所述阳极为柱状结构且内部设置有反应腔，所述阴极设置于反应腔内的一端端部，反应气体从反应腔的两端进入到反应腔内。
进一步，所述反应腔为内径由阳极的中部到两端逐渐减小的结构。
进一步，所述阴极的一端端面下沉形成沉腔，所述沉腔由底部到开口端内径逐渐减小且沉腔底部设置有为外部连通的通孔。
进一步，所述容纳腔为“回”形结构，所述容纳腔设置有空气或氧气的进气口，所述进气口位于阳极的反应腔的前端端口处。
进一步，所述燃料电池还设置有循环装置，所述循环装置包括用于使电解溶液循环运动且使空气或氧气进入到反应腔的叶轮和用于向叶轮提供动力的电机，所述叶轮设置于所述反应腔的前端端口处，所述电机设置于容纳腔外。
进一步，所述反应腔的前端部侧壁向内凸起形成环状凸起。
进一步，所述燃料电池还包括用于将燃料气体提供给阴极的空气泵，所述空气泵的出口与阴极的通孔通过一管道密封连通，所述空气泵由电机提供动力。
进一步，所述容纳腔还设置有溢流管，所述溢流管设置有溢流单向阀。
本发明的有益效果：本发明的高效燃料电池，能够大大提高电能转化率，电能的转化率能够达到70-80％，大大减少燃料气体的浪费，节省资源；而且能够有效提高单体电池的功率；并且通过循环装置的作用，能够有效防止电解溶液和电解溶液内的催化剂沉降，而且能够保证催化剂的活性，提高电池的性能。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
图1为本发明的结构示意图，如图所示，本发明提供的一种高效燃料电池，包括用于容纳电解溶液(比如氢氧化钾溶液)的容纳腔1、阳极2和阴极3，所述阴极3和阳极2均设置于容纳腔1内，所述阳极2为柱状结构且内部设置有反应腔4，所述阴极3设置于反应腔4内的一端端部，反应气体从反应腔4的两端进入到反应腔4内，本发明的高效燃料电池，将阴极置于阳极内部反应，有效避免阴极提供的电子流失，并且在反应腔中形成高压，能够大大提高电能转化率，电能的转化率能够达到70-80％，大大减少燃料气体的浪费，节省资源，在本实施例中，以氢气作为燃料气体为例。
本实施例中，所述反应腔4为内径由阳极2的中部到两端逐渐减小的结构，为了表述方便，以图1所示的方向来进行描述，所述阴极3设置于反应腔4内前端端口处，通过上述结构，能够保证当氧气进入到反应腔后，能够进行充分的氧化反应，提高电能的转化率，并且通过将阴极置于反应腔内，能够大大减少的自由电子的流失，因而提高燃料电池的输出电流，进而提高燃料电池的功率。
本实施例中，所述阴极3的一端端面下沉形成沉腔5，所述沉腔5由底部到开口端内径逐渐减小且沉腔5底部设置有与沉腔5的外部连通的通孔6，所述阴极3以沉腔5的开口端朝向反应腔4的前端端口的方向设置，通过上述结构形成喷嘴的结构，能够使进入到沉腔的氢气进行充分反映，释放出更多的自由电子，从而提高氢气利用率以及电能的转化率，并且有助于电池的输出电流的增大，进而提高燃料电池的输出功率。
本实施例中，所述容纳腔1为“回”形结构，所述容纳腔1设置有空气或氧气的进气口8，所述进气口8位于阳极2的反应腔4的前端端口处，如图1所示，所述进气口8位于反应腔4的右端端口处，采用这种结构，利于循环装置将氧气送入到反应腔中进行反应，而且利于电解溶液(比如氢氧化钾溶液)在容纳腔中循环，能够有效防止电解溶液(电解溶液何中还包含有催化剂)出现沉降现象而影响电能的转化率。
本实施例中，所述燃料电池还设置有循环装置，所述循环装置包括用于使电解溶液循环运动且使空气或氧气进入到反应腔4的叶轮9和用于向叶轮9提供动力的电机10，所述叶轮9设置于进气口8和反应腔4的前端端口处，所述电机10设置于容纳腔外，采用上述结构，一方面能够利于氧气送入到反应腔中进行反应，另一方面，能够有效防止电解溶液(电解溶液何中还包含有催化剂)出现沉降现象而影响电能的转化率，在本实施例中，电解溶液的循环方向如图1中的箭头所示。
本实施例中，所述反应腔4的前端部侧壁向内凸起形成环状凸起14，通过环状凸起的作用，可以使阴极3与环状凸起之间形成高压区，加快反应速率，提高本发明的功率，所述环状凸起的两端均为坡面结构，利于电机也的流通，不会对电解液流通造成阻碍。
本实施例中，所述燃料电池还包括用于将燃料气体提供给阴极3的空气泵11，所述空气泵11的出口与阴极3的通孔6通过一管道7密封连通，所述空气泵11由电机10提供动力，通过这种结构，能够为氢氧燃料电池提供足够的氢气，保证燃料电池的性能及功率。
本实施例中，所述容纳腔还设置有溢流管12，所述溢流管12设置有溢流单向阀13，通过这种结构，能够使少量未反应完的气体顺利摆出容纳腔中，使容纳腔中的压力维持在正常水平。
本实施例中，电解液采用碱性电解液，可以避免采用离子膜，在使用时，同时通入燃料气体和氧气，并且叶轮开始工作，由于氢气在沉腔中反应，并且氧气朝向沉腔的方向进入到反应腔，并且在阴极和环状凸起之间形成高压环境，能够有效增强反应效率以及燃料电池的功率，虽然没有离子膜，但是由于环状凸起以及阴极和沉腔的共同作用(由于反应向的两端的直径较小，而且阴极设置于反应腔的后端断口处)，可以有效防止反应后的电子逸散，进而能够有效保证燃料电池的效率提高，未反应完的气体从溢流管中排出，当然在电解液中还有催化剂(属于现有技术，其具体设置以及原理在此不再赘述)，可以根据实际需要进行补充。
以氢气作为燃料气体为例，通过1L的氢气和1L的氧气分别在传统的氢氧燃料电池中进行多次实验，传统的氢氧燃料电池的平均的转化率实际上为53％，而本发明的氢氧燃料电池的电能平均转化率达到了78.3％，而且通过多次实验，本发明的氢氧燃料电池输出的功率比传统的锂电池的平均功率高0.55W，通过上述的实验数据表明，本发明提供的高效燃料电池与传统的燃料电池相比具有明显的进步。
本实施例中，所述前端即为图1中所示的左右方向的右向为前端。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种燃料电池，其特征在于：包括用于容纳电解质溶液的容纳腔、阳极和阴极，所述阴极和阳极均设置于容纳腔内，所述阳极为柱状结构且内部设置有反应腔，所述阴极设置于反应腔内的一端端部，反应气体从反应腔的两端进入到反应腔内；
所述反应腔为内径由阳极的中部到两端逐渐减小的结构；
所述阴极的一端端面下沉形成沉腔，所述沉腔由底部到开口端内径逐渐减小且沉腔底部设置有为外部连通的通孔；
所述反应腔的前端部侧壁向内凸起形成环状凸起，所述前端是反应腔内的与阴极相对的另一端端部。
2.根据权利要求1所述燃料电池，其特征在于：所述燃料电池还设置有循环装置，所述循环装置包括用于使电解质溶液循环运动且使空气或氧气进入到反应腔的叶轮和用于向叶轮提供动力的电机，所述叶轮设置于所述反应腔的前端端口处，所述电机设置于容纳腔外。
3.根据权利要求2所述燃料电池，其特征在于：所述容纳腔为“回”形结构，所述容纳腔设置有空气或氧气的进气口，所述进气口位于阳极的反应腔的前端端口处。
4.根据权利要求3所述燃料电池，其特征在于：所述燃料电池还包括用于将燃料气体提供给阴极的空气泵，所述空气泵的出口与阴极的通孔通过一管道密封连通，所述空气泵由电机提供动力。
5.根据权利要求4所述燃料电池，其特征在于：所述容纳腔还设置有溢流管，所述溢流管设置有溢流单向阀。
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