CN105186068A - 一种基于氧-金属电池的电解液充氧装置 - Google Patents

一种基于氧-金属电池的电解液充氧装置 Download PDF

Info

Publication number
CN105186068A
CN105186068A CN201510411684.9A CN201510411684A CN105186068A CN 105186068 A CN105186068 A CN 105186068A CN 201510411684 A CN201510411684 A CN 201510411684A CN 105186068 A CN105186068 A CN 105186068A
Authority
CN
China
Prior art keywords
electrolyte
oxygen
apparatus based
metal battery
battery according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201510411684.9A
Other languages
English (en)
Inventor
张涛
徐洪杰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harbin Chengcheng Institute Of Life And Matter
Beihang University
Original Assignee
Harbin Chengcheng Institute Of Life And Matter
Beihang University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Harbin Chengcheng Institute Of Life And Matter, Beihang University filed Critical Harbin Chengcheng Institute Of Life And Matter
Priority to CN201510411684.9A priority Critical patent/CN105186068A/zh
Publication of CN105186068A publication Critical patent/CN105186068A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M12/00—Hybrid cells; Manufacture thereof
    • H01M12/04—Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of the fuel-cell type and of a half-cell of the primary-cell type
    • H01M12/06—Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of the fuel-cell type and of a half-cell of the primary-cell type with one metallic and one gaseous electrode

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Hybrid Cells (AREA)

Abstract

一种基于氧-金属电池的电解液充氧装置，电池盒盛有电解液，内部有金属阳极和惰性阴极，通过导线连接外电路，在电解液中通过微气泡机产生大量微纳米级气泡，并通过表面张力、大的气-液界面和阴极吸附增加氧气溶解量，或通过搅拌机增加电解液与氧气的接触面积，强制对流增加电解液含氧量，以此提高电池电流密度。

Description

一种基于氧-金属电池的电解液充氧装置
技术领域
本发明涉及一种基于氧-金属电池的电解液充氧装置，主要分为微气泡快速充氧型和搅拌快速充氧型两种。
背景技术
电池的出现大大方便了室外作业的电力供应，人们相继开发出了铅蓄电池、镍氢蓄电池、锂离子电池、聚合物锂电池、燃料电池等电池。但由于它们有着像“电压低、不宜放电过度、环境不友好、原材料稀少、价格高、对基础设施依赖高、不安全、循环次数较少”等或多或少的问题.
氧-金属电池是利用金属的氧化产生的化学能发电的方式，总反应是金属和氧反应生成金属氧化物。由于氧-金属电池只要求了电池反应的原料是金属和氧，并没有限制金属的形态、纯度，氧的存在形态也可以是不同压力的纯氧、空气中的氧气、含氧试剂，它的范围比空气电池更加广泛。纯金属氧化的理论比能量高，如铝达到8100Wh/kg，远远大于现有铅蓄电池的理论比能量值170Wh/kg，而且原料丰富、环境友好、配套设施依赖低，因此是一种极具潜力的电池。
目前采用的氧-金属电池包括空气电池克服了上述问题，但在其溶液低含氧量限制了它的工作电流密度，影响电池的输出功率，因此设法提高电解液中的含氧量，增加电流密度是一个值得探索的研究方向。
目前通过专利、非专利文献检索及市场调研，尚未发现使用氧-金属电池原理的电解液充氧装置。
发明内容
本发明的目的：为了克服氧-金属电池电解液含氧量低的缺点，提高电池的工作电流密度，本发明采用机械加氧的方式，为电解液供给大量微气泡，提高含氧量，改善电池工作电流密度。
本发明所使用的技术方案是：一种基于氧-金属电池的电解液充氧装置，其特征在于：在电池盒中盛有电解液，电解液内部有金属阳极和惰性阴极，金属阳极和惰性阴极通过导线连接外电路，在电解液中通过微气泡机或搅拌机增加电解液与氧气的接触面积，增加电解液含氧量，提高电池电流密度。
微气泡机处于惰性阴极下方，外来气体通过气泡石被迅速细化。
微气泡机工作时产生直径小于1mm的微纳米级气泡，具有大于实心材料的气-液界面面积和表面张力，促进氧气溶解进入电解液。
微气泡机工作时产生微纳米级气泡，悬浮微气泡称为反应氧气源。
微气泡机工作时产生微纳米级气泡，吸附在惰性阴极上，增加电极反应氧浓度。
搅拌机强制底层电解液对流至上层，促进氧气溶解。
微气泡产生强制对流，促进局部溶质扩散，减少阴极浓差极化。
搅拌机产生强制对流，促进阴阳两极整体溶质扩散，减少两极浓差极化。
本发明与现有技术相比优点在于：
(1)微气泡机在底部产生微气泡后与电解液接触面积大，增加氧气溶解的速率；
(2)微气泡由于表面张力的作用产生高压，把氧气压入电解液，使电解液获得高于平衡浓度的含氧量；
(3)微气泡在水中上升速度慢，悬浮在电解液中，成为氧气源；
(4)微气泡吸附在惰性阴极上，增加阴极氧浓度，减少浓差极化，提高电流密度；
(5)微气泡的表面张力和搅拌作用有助于产物剥离和扩散；
(6)搅拌机通过不断强制电解液流动，增加氧气溶解速率；
(7)搅拌机通过搅拌，强制对流，有助于阴阳两极溶质扩散，并减少浓差极化。
附图说明
图1为微气泡快速充氧型装置的结构简图；
图2为搅拌快速充氧型装置的结构简图。
图中1.电池壳，2.电解液，3.金属阳极，4.导线，5.惰性阴极，6.气泡盘，7.气管，8.水泵。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
实施例1
在图1中，电池壳1盛有4mol/L的K2CO3溶液作为电解液2，内部插入5cm长、2cm宽、2mm厚的1060铝板金属阳极3和5cm长、2cm宽、3mm厚的石墨板惰性阴极5，金属阳极3与惰性阴极5通过导线4接入外电路，惰性阴极5的下方安装40mm直径、15mm厚的的气泡盘6，将内装纯度为99.99％氧气的高压氧气瓶接入气管7对气泡盘6供气，供气压力调节为0.12Mpa。电池开始工作后，氧气输入气泡盘6，被细化成微气泡排入电解液2，调整气体输入量以达到最优效果。用万用表测得开路电压为1.588V，电流为98mA，电解液2中均匀悬浮着少量白色腐蚀产物，表明溶液均匀；停止工作后，万用表测得开路电压基本没变，电流为13mA，5分钟后，电解液2中的白色腐蚀产物有所沉淀，展现出下多上少的特征，惰性阴极5表面也有少许沉淀。
实施例2
在图1中，电池壳1盛有4mol/L的NaCl溶液作为电解液2，内部插入2cm长、1cm宽、1mm厚的Mg66Zn30Ca4非晶合金板作为金属阳极3，5cm长、2cm宽、3mm厚的石墨板作为惰性阴极5，金属阳极3与惰性阴极5通过导线4接入外电路，惰性阴极5的下方安装40mm直径、15mm厚的的气泡盘6，将一端连通空气的小型压气机连接到气管7上对气泡盘6供气，正常工作下，被压缩的空气压力约为0.12Mpa。电池开始工作后，空气输入气泡盘6，被细化成微气泡排入电解液2，调整气体输入量以达到最优效果。用万用表测得开路电压为1.590V，电流为146mA；停止工作后，万用表测得开路电压基本不变，电流为31mA。
实施例3
在图2中，电池壳1盛有4mol/L的NaCl溶液作为电解液2，内部插入5cm长、3mm直径的纯铝条作为金属阳极3，5cm长、2cm宽、3mm厚的石墨板作为惰性阴极5，金属阳极3与惰性阴极5通过导线4接入外电路，惰性阴极5与金属阳极3之间的下方安装水泵8。电池开始工作后，水泵8开始工作，电池壳1底部电解液2被强制对流至上部，电解液2总体流动方向如图2中箭头所示。用万用表测得开路电压为1.430V，电流为23mA，电解液2中均匀悬浮着少量白色腐蚀产物，表明溶液搅拌均匀；停止工作后，万用表测得开路电压基本不变，电流为10mA，5min后，电解液2中的白色腐蚀产物有所沉淀，展现出下多上少的特征，金属阳极3和惰性阴极5表面也有少许沉淀。。
提供以上实施例仅仅是为了描述本发明的目的，而并非要限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求限定。不脱离本发明的精神和原理而做出的各种等同替换和修改，均应涵盖在本发明的范围之内。

Claims (8)

1.一种基于氧-金属电池的电解液充氧装置，其特征在于：在电池盒中盛有电解液，电解液内部有金属阳极和惰性阴极，金属阳极和惰性阴极通过导线连接外电路，在电解液中通过微气泡机或搅拌机增加电解液与氧气的接触面积，增加电解液含氧量，提高电池电流密度。
2.根据权利要求1所述的基于氧-金属电池的电解液充氧装置，其特征在于：微气泡机处于惰性阴极下方，外来气体通过气泡石被迅速细化。
3.根据权利要求1所述的基于氧-金属电池的电解液充氧装置，其特征在于：微气泡机工作时产生直径小于1mm的微纳米级气泡，具有大于实心材料的气-液界面面积和表面张力，促进氧气溶解进入电解液。
4.根据权利要求1所述的基于氧-金属电池的电解液充氧装置，其特征在于：微气泡机工作时产生微纳米级气泡，悬浮微气泡称为反应氧气源。
5.根据权利要求1所述的基于氧-金属电池的电解液充氧装置，其特征在于：微气泡机工作时产生微纳米级气泡，吸附在惰性阴极上，增加电极反应氧浓度。
6.根据权利要求1所述的基于氧-金属电池的电解液充氧装置，其特征在于：搅拌机强制底层电解液对流至上层，促进氧气溶解。
7.根据权利要求1所述的基于氧-金属电池的电解液充氧装置，其特征在于：微气泡产生强制对流，促进局部溶质扩散，减少阴极浓差极化。
8.根据权利要求1所述的基于氧-金属电池的电解液充氧装置，其特征在于：搅拌机产生强制对流，促进阴阳两极整体溶质扩散，减少两极浓差极化。
CN201510411684.9A 2015-07-14 2015-07-14 一种基于氧-金属电池的电解液充氧装置 Pending CN105186068A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510411684.9A CN105186068A (zh) 2015-07-14 2015-07-14 一种基于氧-金属电池的电解液充氧装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510411684.9A CN105186068A (zh) 2015-07-14 2015-07-14 一种基于氧-金属电池的电解液充氧装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN105186068A true CN105186068A (zh) 2015-12-23

Family

ID=54908012

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510411684.9A Pending CN105186068A (zh) 2015-07-14 2015-07-14 一种基于氧-金属电池的电解液充氧装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105186068A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107317069A (zh) * 2017-08-06 2017-11-03 鲁壮 一种金属空气电池
CN114976017A (zh) * 2019-09-11 2022-08-30 北京航空航天大学 铅酸电池负极铅膏、负极的制备方法和铅酸电池

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101669248A (zh) * 2007-05-01 2010-03-10 丰田自动车株式会社 空气电池系统
CN101971411A (zh) * 2009-05-19 2011-02-09 丰田自动车株式会社 空气电池

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101669248A (zh) * 2007-05-01 2010-03-10 丰田自动车株式会社 空气电池系统
CN101971411A (zh) * 2009-05-19 2011-02-09 丰田自动车株式会社 空气电池

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107317069A (zh) * 2017-08-06 2017-11-03 鲁壮 一种金属空气电池
CN107317069B (zh) * 2017-08-06 2023-10-03 鲁壮 一种金属空气电池
CN114976017A (zh) * 2019-09-11 2022-08-30 北京航空航天大学 铅酸电池负极铅膏、负极的制备方法和铅酸电池
CN114976017B (zh) * 2019-09-11 2023-06-27 北京航空航天大学 铅酸电池负极铅膏、负极的制备方法和铅酸电池

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5897512B2 (ja) 重水の電解濃縮方法
CN101821883B (zh) 碱金属电池
KR101451630B1 (ko) 이산화탄소 환원방법 및 이를 이용한 이산화탄소 환원장치
KR101468782B1 (ko) 이산화탄소 환원방법 및 이를 이용한 무격막형 이산화탄소 환원장치
Liu et al. Porous zinc anode design for zn-air chemistry
CN105186068A (zh) 一种基于氧-金属电池的电解液充氧装置
JP2015091572A (ja) バイオガス生成システム、ならびにそのバイオガス生成システムを用いてバイオガスおよび二酸化炭素還元生成物を生成する方法
JP2009030168A (ja) 水素発生装置用電解質溶液及びこれを用いる水素発生装置
KR100864024B1 (ko) 수소 발생 장치 및 이를 이용한 연료전지 시스템
JP4368284B2 (ja) 水素ガス発生装置、水素ガスの製造方法および燃料電池
US8608934B2 (en) Nickel-zinc-aluminum-hydrogen production reactor and methods of use
CN108603298B (zh) 电化学还原二氧化碳的方法及装置
JP4660853B2 (ja) 水素ガス生成装置及び水素ガスの生成方法
CN102758212A (zh) 电解水制氢的装置及其方法
Liu et al. Hydrogen-motivated electrolysis of sodium carbonate with extremely low cell voltage
KR100414880B1 (ko) 전기분해를 이용한 산소 및 수소 발생장치
WO2010038263A1 (ja) アルカリ電池
KR200479472Y1 (ko) 물 전기분해기
US10622690B2 (en) Anaerobic aluminum-water electrochemical cell
US20190036185A1 (en) Anaerobic Aluminum-Water Electrochemical Cell
CN201311563Y (zh) 水能钟
CN105304922A (zh) 一种海底沉积物层活性金属燃料电池结构和装置
JP2019194349A (ja) 水電解用電解液、それを用いた水電解装置及び水電解方法
US10608307B2 (en) Anaerobic aluminum-water electrochemical cell
US10573944B2 (en) Anaerobic aluminum-water electrochemical cell

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20151223