CN109904565B - 一种金属海水燃料电池 - Google Patents

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Abstract

一种金属海水燃料电池，包括2片阴极、1片阳极，阳极置于二片阴极之间，面向阳极的阴极侧表面设有隔膜，阳极与阴极间隔相对设置；由软质材料制成的二个二端开口的筒状电解液腔；二个电解液腔的一开口端四周边缘分别与阳极四周边缘密闭连接，二个电解液腔的另一开口端四周边缘分别与二个阴极四周边缘密闭连接；或由软质材料制成的一个二端开口的筒状电解液腔；电解液腔的二开口端四周边缘分别与二个阴极四周边缘密闭连接。一种金属海水燃料电池组，由2节以上所述电池依次顺序串连而成与现有技术相比，本发明所述金属海水燃料电池或电池组具有电池体积比能量高，便于贮存及携带；可在海水中快速激活，便于使用等优点。

Description

一种金属海水燃料电池
技术领域
本发明涉及金属海水燃料电池，具体地说是一种具有折叠贮存功能的金属海水燃料电池；
背景技术
金属海水燃料电池是一种采用金属(如镁、铝等)为阳极燃料，空气中氧气或水中溶解氧作为氧化剂，海水作为电解质溶液的电化学反应装置。金属海水燃料电池以其比能量高、安全可靠、贮存寿命长等优点，在搜救装置电源、应急电源领域有广泛的应用前景。搜救装置电源或应急电源等均需要有良好的贮存性能，同时需要较高的体积比能量便于实现贮存及携带应用，然而由于金属海水燃料电池反应产物为难溶氢氧化物，工作过程需足够腔体体积以满足长时间稳定放电需求。
发明内容
本发明针对电池上述问题，发明一种金属海水燃料电池，实现电池高体积比能量贮存及水中快速激活放电、长时间稳定运行。
一种金属海水燃料电池，包括2片阴极、1片阳极，阳极置于二片阴极之间，面向阳极的阴极侧表面设有隔膜，阳极与阴极间隔相对设置；由软质材料制成的二个二端开口的筒状电解液腔；二个电解液腔的一开口端四周边缘分别与阳极四周边缘密闭连接，二个电解液腔的另一开口端四周边缘分别与二个阴极四周边缘密闭连接；或由软质材料制成的一个二端开口的筒状电解液腔；电解液腔的二开口端四周边缘分别与二个阴极四周边缘密闭连接。
所述阳极或阴极与软质材料通过注塑、热压、粘接、焊接(超声波焊接、摩擦焊接)等方式结合为密封整体；
所述隔膜为聚乙烯膜、聚丙烯膜、聚乙烯醇膜、Nafion膜、亲水PTFE膜中的一种；
所述金属海水燃料电池，于电解液腔内部填充有吸水膨胀材料，吸水膨胀材料为吸水树脂或吸水橡胶，即带有大量亲水基团的功能性高分子材料；
所述金属海水燃料电池，于电解液腔上设有电解液注入口，于电解液腔外部的电解液注入口上连接有一导管；
所述导管可为固定结构导管或遇水变形结构导管；
所述遇水变形结构导管可由两薄层纳米纤维组成，外层吸水纳米纤维层和内层憎水纳米纤维层复合而成的，遇水卷绕的导管；
所述固定结构导管为通过水溶性材料固定于电池外部的导管，
所述水溶性材料为水溶性树脂或水溶性聚合物,如以石油基材料为原料的水溶性高分子聚合物或以天然物质作为原料的水溶性高分子聚合物；
所述石油基材料为聚乙烯醇、聚氧化乙烯中的一种或两种以上；
所述天然物质为淀粉或蛋白质。
所述金属海水燃料电池，还包括2个以上的定位杆，于阳极和阴极的四周边缘相对应的位置处均布有2个以上的定位板，于定位板上开设有相应的通孔，2个以上的定位杆分别穿套于阳极和阴极上相应的通孔内；使阳极和阴极可沿定位杆移动；
或，于一阴极的四周边缘相对应的位置处均布有2个以上的定位管A或定位柱，于另一阴极的四周边缘相对应的位置处均布有2个以上的定位管B，定位管A的一端和定位管B的一端相互穿套可相对滑动连接或定位柱一端穿套于定位管B内并可相对滑动连接，形成套筒式结构；
或，于分别二阴极的四周边缘相对应的位置处均布有2个以上的定位管A，于阳极的四周边缘相对应的位置处均布有2个以上的定位管B，定位管A的一端和定位管B的一端相互穿套可相对滑动连接，形成套筒式结构。使阴极或阳极随定位管或沿定位杆平行移动，缩小或展开空气腔及电解液腔；
所述定位杆或套筒式定位管的移动可人为拉伸实现或由海水激活填充的吸水材料吸水膨胀牵引实现；
所述定位杆或定位管移动后，阴极或阳极可通过卡扣、限位挡块、软质材料拉伸等方式进行锁止。
所述定位杆或套筒式定位管材料可为塑料、橡胶、金属或合金中的一种或两种以上；
所述金属海水燃料电池，所述软质材料可为塑料、橡胶或防水布。
所述金属海水燃料电池组，由2节以上的所述电池依次顺序串连而成，于相邻的电池之间设有空气腔，所述空气腔是由软质材料制成的一个二端开口的筒状结构，空气腔的二开口端四周边缘分别与相邻二节电池的二个阴极四周边缘密闭连接。
所述空气腔外部可填充有吸水膨胀材料，吸水膨胀材料为吸水树脂或吸水橡胶，即带有大量亲水基团的功能性高分子材料；
所述金属海水燃料电池组，于所述空气腔上设有由防水透气膜密封的气体注入口。
所述金属海水燃料电池组，所述防水透气膜为PP薄膜、PU薄膜、TPU薄膜、EPTFE(聚四氟乙烯)中的一种或两种以上；
所述防水透气膜与软质外壳通过热压、粘接、注塑、焊接(超声波焊接、摩擦焊接等)等方式结合；
所述金属海水燃料电池组，所述软质材料可为塑料、橡胶或防水布。
所述塑料为ABS塑料、聚氯乙烯PVC、聚乙烯PE、聚苯乙烯PS、尼龙PA、聚甲醛POM，聚砜PSF、聚苯硫醚PPS中的一种或两种以上；所述金属包括钪、钛、钒、铬、钴、镍、钇、锆、铌、铪、钽、铂、金中的一种或两种以上；所述合金包括奥氏体不锈钢、奥氏体-铁素体型不锈钢、马氏体型不锈钢、蒙乃尔合金、哈氏合金和钛合金、锆合金、钽合金、铌合金的一种或两种以上。所述橡胶为天然橡胶、三元乙丙、硅橡胶、氟橡胶中的一种。
与现有技术相比，本发明所述金属海水燃料电池具有以下优点：
(1)电池体积比能量高，便于贮存及携带；
(2)电池可在海水中快速激活，便于使用。
附图说明
图1金属海水燃料电池收缩结构示意图；
图2金属海水燃料电池伸展结构内部示意图；
图中，1-阴极与隔膜，2-阳极，3-电解液腔，4-空气腔，5-定位管A和B，6-防水透气膜。
具体实施方式
图1所述金属海水燃料电池由阴极、阳极、隔膜、防水透气膜、套筒式定位管、防水布等组成，贮存时，套筒式定位杆收缩，将阴极、阳极紧密排列，实现高体积比能量贮存；使用时，电解液腔内和空气腔外侧填充的吸水膨胀材料吸水膨胀，牵引套筒定位管伸展，使阴极、阳极间相对位置改变，增加空气腔和液体腔体积，使电解液进入电解液腔，使空气进入空气腔，激活电池。
具体实施情况为：
一种金属海水燃料电池，包括2片阴极、1片阳极，阳极置于二片阴极之间，面向阳极的阴极侧表面设有隔膜，阳极与阴极间隔相对设置；由软质材料制成的二个二端开口的筒状电解液腔；二个电解液腔的一开口端四周边缘分别与阳极四周边缘密闭连接，二个电解液腔的另一开口端四周边缘分别与二个阴极四周边缘密闭连接。
所述阳极或阴极与软质材料通过粘接式结合为密封整体；
所述隔膜为聚乙烯膜；
所述金属海水燃料电池，于电解液腔内部填充有吸水树脂；
所述金属海水燃料电池，于电解液腔上设有电解液注入口，于电解液腔外部的电解液注入口上连接有一导管；
所述导管可由两薄层纳米纤维组成，外层吸水纳米纤维层和内层憎水纳米纤维层复合而成的，遇水卷绕的导管；
所述金属海水燃料电池，还包括4个定位杆，于阳极和阴极的四周边缘相对应的位置处均布有4个定位板，于定位板上开设有相应的通孔，4个定位杆分别穿套于阳极和阴极上相应的通孔内；使阳极和阴极可沿定位杆移动；
所述定位杆的移动由海水激活填充的吸水材料吸水膨胀牵引实现；
所述定位杆，阴极或阳极可通过卡扣和限位挡块进行锁止。
所述金属海水燃料电池，所述软质材料可为防水布。
所述金属海水燃料电池组，由10节所述电池依次顺序串连而成，于相邻的电池之间设有空气腔，所述空气腔是由软质材料制成的一个二端开口的筒状结构，空气腔的二开口端四周边缘分别与相邻二节电池的二个阴极四周边缘密闭连接。

Claims (9)

1.一种金属海水燃料电池，其特征在于：包括2片阴极、1片阳极，阳极置于二片阴极之间，面向阳极的阴极侧表面设有隔膜，阳极与阴极间隔相对设置；由软质材料制成的二个二端开口的筒状电解液腔；二个电解液腔的一开口端四周边缘分别与阳极四周边缘密闭连接，二个电解液腔的另一开口端四周边缘分别与二个阴极四周边缘密闭连接；或由软质材料制成的一个二端开口的筒状电解液腔；电解液腔的二开口端四周边缘分别与二个阴极四周边缘密闭连接；
于电解液腔内部填充有吸水膨胀材料，所述吸水膨胀材料为带有大量亲水基团的功能性高分子材料，包括吸水树脂、吸水橡胶。
2.如权利要求1所述金属海水燃料电池，其特征在于：于电解液腔上设有电解液注入口，于电解液腔外部的电解液注入口上连接有一导管；所述导管为固定结构导管或遇水变形结构导管。
3.如权利要求2所述金属海水燃料电池，其特征在于：
所述遇水变形结构导管由外层吸水纳米纤维层和内层憎水纳米纤维层复合而成的遇水卷绕的导管；
所述固定结构导管为通过水溶性材料固定于电池外部的导管；所述导管材料为塑料管或橡胶管。
4.如权利要求3所述金属海水燃料电池，其特征在于：
所述水溶性材料为以石油基材料为原料的水溶性高分子聚合物或以天然物质作为原料的水溶性高分子聚合物；
所述石油基材料为聚乙烯醇、聚氧化乙烯中的一种或两种以上；
所述天然物质为淀粉或蛋白质。
5.如权利要求1所述金属海水燃料电池，其特征在于：
还包括2个以上的定位杆，于阳极和阴极的四周边缘相对应的位置处布有2个以上的定位板，于定位板上开设有相应的通孔，2个以上的定位杆分别穿套于阳极和阴极上相应的通孔内；使阳极和阴极可沿定位杆移动；
或，于一阴极的四周边缘相对应的位置处布有2个以上的定位管Ａ或定位柱，于另一阴极的四周边缘相对应的位置处布有2个以上的定位管B，定位管Ａ的一端和定位管B的一端相互穿套可相对滑动连接或定位柱一端穿套于定位管B内并可相对滑动连接，形成套筒式结构；
或，于分别二阴极的四周边缘相对应的位置处布有2个以上的定位管Ａ，于阳极的四周边缘相对应的位置处均布有2个以上的定位管B，定位管Ａ的一端和定位管B的一端相互穿套可相对滑动连接，形成套筒式结构。
6.一种金属海水燃料电池组，其特征在于：由2节以上的权利要求1-5任一所述电池依次顺序串连而成，于相邻的电池之间设有空气腔，所述空气腔是由软质材料制成的二个二端开口的筒状结构，空气腔的二开口端四周边缘分别与相邻二节电池的二个阴极四周边缘密闭连接。
7.如权利要求6所述金属海水燃料电池组，其特征在于：于所述空气腔上设有一个或多个由防水透气膜密封的气体注入口。
8.如权利要求7所述金属海水燃料电池组，其特征在于：所述防水透气膜为PP薄膜、PU薄膜、TPU薄膜、EPTFE中的一种或两种以上。
9.如权利要求6所述金属海水燃料电池组，其特征在于：所述软质材料为塑料、橡胶或防水布。
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