CN113224338A

CN113224338A - 一种电能供应装置和航行器

Info

Publication number: CN113224338A
Application number: CN202110640267.7A
Authority: CN
Inventors: 不公告发明人
Original assignee: Shenzhen Haiwen Technology Co ltd
Current assignee: Shenzhen Haiwen Technology Co ltd
Priority date: 2021-06-08
Filing date: 2021-06-08
Publication date: 2021-08-06

Abstract

本申请提供一种电能供应装置和航行器，涉及能量供应技术领域，包括海水电池，海水电池包括在阴极壳体与阳极之间形成排气通道，海水经第一开口容置于排气通道以使阴极壳体和阳极之间形成电势差；在排气通道内设置有压力透气膜，以由压力透气膜经第二开口排出阴极壳体和阳极形成电能时生成的反应气体。利用压力透气膜在反应气体较多时，积累的反应气体将海水挤出使得阳极和阴极壳体之间的电化学反应减缓或停止，从而为海水电池提供安全机制，同时，为后续利用反应气体的燃料电池获得比较均衡的反应气体供给，避免对后续利用反应气体的燃料电池造成冲击，导致电能供应装置不稳定，引发安全隐患。

Description

一种电能供应装置和航行器

技术领域

本申请涉及能量供应技术领域，具体而言，涉及一种电能供应装置和航行器。

背景技术

海水电池依靠阳极金属材料在海水中的腐蚀溶解提供阳极放电电流，而阴极主要依靠海水中的溶解氧在惰性气体电极上的还原反应提供阴极电流。海水电池最突出的特点是不需要携带电解液，可使用天然海水形成电解质。

现有海水电池通常在以海水作为电解质进行电化学反应以产生电能的同时，还会随之生成反应气体，为了提高利用率，还会将反应气体供给至外部设备以进行利用，但是在反应气体生成速率过快，外部设备难以快速利用时，容易使得整个系统不稳定引发安全隐患。

发明内容

本申请的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种电能供应装置和航行器，以在反应气体生成速率过快时，通过降低反应速率的方式来改善产生的安全隐患问题。

为实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：

本申请实施例的一方面，提供一种电能供应装置，包括海水电池，海水电池包括阴极壳体以及设置于阴极壳体内的阳极，在阴极壳体与阳极之间形成排气通道，排气通道包括连通的第一开口和第二开口，海水经第一开口容置于排气通道以在阴极壳体和阳极之间形成电势差；在排气通道内设置有压力透气膜，以由压力透气膜经第二开口排出阴极壳体和阳极形成电势差时生成的反应气体。

可选的，阴极壳体为碳电极壳体，阳极为铝合金电极。

可选的，反应气体包括碳电极壳体发生电化学反应生成的氢气和铝合金电极与海水反应生成的氢气。

可选的，第一开口用于排出铝合金电极与海水反应生成的氢氧化铝固体。

可选的，阴极壳体为碳电极壳体，阳极为镁合金电极。

可选的，电能供应装置还包括储能电池，储能电池分别与阴极壳体和阳极连接，用于存储阴极壳体和阳极形成的电能。

可选的，反应气体为氢气，电能供应装置还包括燃料电池，燃料电池经第二开口与排气通道连通，燃料电池的电能输出端还与储能电池连接，储能电池还用于存储燃料电池产生的电能。

可选的，所述压力透气膜材料为多孔特氟龙膜。

可选的，燃料电池通过输氢管道与第二开口连通；阴极壳体和阳极分别通过导线与储能电池连接，导线部分位于输氢管道。

可选的，海水电池包括多个，多个海水电池分别与输氢管道连通。

本申请实施例的另一方面，提供一种航行器，包括航行器本体以及上述任一种的电能供应装置，电能供应装置设置于航行器本体，电能供应装置用于向航行器本体提供电能。

本申请的有益效果包括：

本申请提供了一种电能供应装置和航行器，包括海水电池，海水电池包括阴极壳体以及设置于阴极壳体内的阳极，在阴极壳体与阳极之间形成排气通道，排气通道包括连通的第一开口和第二开口，海水经第一开口容置于排气通道以在阴极壳体和阳极之间形成电势差；在排气通道内设置有压力透气膜，以由压力透气膜经第二开口排出阴极壳体和阳极形成电势差时生成的反应气体。鉴于压力透气膜具有一定的透气速率，因此，在反应气体快速生成时，大量的反应气体难以快速穿过压力透气膜，会在压力透气膜和第一开口之间积聚，此时，借助压力透气膜和第一开口之间的压力增大，会将海水对应从第一开口挤出排气通道，使得排气通道内的海水减少，从而使得阳极和阴极壳体之间的电化学反应减缓或停止，以此，减小反应气体的生成。从而为海水电池提供安全机制，同时，在后续利用反应气体的燃料电池通过压力透气膜也能够获得比较均衡的反应气体供给，避免对后续利用反应气体的燃料电池造成冲击，导致电能供应装置不稳定，引发安全隐患。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的一种电能供应装置的剖视图；

图2为本申请实施例提供的一种电能供应装置的结构示意图之一；

图3为本申请实施例提供的一种电能供应装置的结构示意图之二。

图标：110-海水；120-阴极壳体；130-阳极；131-氢气；132-氧气；140-排气通道；141-第一开口；142-第二开口；150-压力透气膜；160-反应气体；170-氢氧化铝固体；180-导线；210-输氢管道；220-燃料电池；300-储能电池。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例中的各个特征可以相互结合，结合后的实施例依然在本申请的保护范围内。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本申请实施例的一方面，提供一种电能供应装置，包括海水电池，如图1所示，海水电池包括阴极壳体120和阳极130，其中，阴极壳体120具有中空的腔室，阳极130位于阴极壳体120内部的腔室，且阳极130和阴极壳体120不接触，如此，在阴极壳体120与阳极130之间便可以形成间隙，从而作为排气通道140。

排气通道140包括连通的第一开口141和第二开口142，即第一开口141和第二开口142可以开设在阴极壳体120上，且第一开口141经排气通道140与第二开口142连通，如此，在将海水电池置于海水110中时，海水110可以经第一开口141流入阴极壳体120内部的腔室，并容置在阴极壳体120和阳极130之间形成的排气通道140内，由此以阳极130、阴极壳体120、海水110作为电解质溶液形成海水电池。

如图1和图3所示，第一开口141可以包括多个，例如有两个第一开口141、三个第一开口141、四个第一开口141等等，多个第一开口141均通过排气通道140与第二开口142连通，同时，多个第一开口141彼此之间相互连通，如此，在海水110经第一开口141流入排气通道140后，随着海水110的洋流流动，新的海水110会由一部分第一开口141进入排气通道140，反应后的海水110会由另一部分的第一开口141流出，从而在排气通道140内形成流动的海水110，以此使得海水电池的电化学反应持续，从而保证了海水电池的长时间的电能供给。

如图2所示，由于阴极壳体120和阳极130均与海水110接触，因此，在阳极130处会发生电化学氧化反应，即阳极130失电子并生成阳离子，在阴极壳体120处会发生电化学还原反应，即阴极壳体120接收电子，并与海水110产生反应气体160，由于电子的流动，从而在阳极130和阴极壳体120之间形成电势差，产生电能，如此，便可以由后续储能电池300将其存储，从而为外部的用电设备供给电能。

此外，如图2所示，由于阳极130一般由较为活泼的金属材料制作，因此，在阳极130与海水110接触时，在阳极130处会发生自腐蚀现象，即阳极130与海水110发生化学反应生成一部分反应气体160，由此，在排气通道140内产生的反应气体160通常包括两部分，其中一部分来自阴极壳体120与海水110的反应，另一部分来自于阳极130与海水110的反应，因此，排气通道140可以将这两部分的反应气体160一并经由第二开口142排出，便于后续燃料电池220对其进行充分利用。

如图1所示，在阳极130和阴极壳体120之间的排气通道140内还可以设置有压力透气膜150，即压力透气膜150位于第一开口141和第二开口142之间，如此，在海水110经第一开口141流入排气通道140后，可以由压力透气膜150对其进行阻挡，从而在海水电池处于深海中时，平衡海洋深处的水压，同时，由于在第一开口141和第二开口142之间设置有压力透气膜150，因此，在随着上述阴极壳体120和阳极130之间形成电能的过程中，伴随会产生反应气体160，此时，由于压力透气膜150和第一开口141之间为海水110，故，反应气体160会穿过压力透气膜150，然后经由第二开口142排出。鉴于压力透气膜150具有一定的透气速率，因此，在反应气体160快速生成时，大量的反应气体160难以快速穿过压力透气膜150，会在压力透气膜150和第一开口141之间积聚，此时，借助压力透气膜150和第一开口141之间的压力增大，会将海水110对应从第一开口141挤出排气通道140，使得排气通道140内的海水110减少，从而使得阳极130和阴极壳体120之间的电化学反应减缓或停止，以此，减小反应气体160的生成。随着反应气体160减少，海水110进入排气通道140，阴极壳体120和阳极130再次进行电化学反应，从而为海水电池提供安全机制，同时，在后续利用反应气体160的燃料电池220通过压力透气膜150也能够获得比较均衡的反应气体160供给，避免对后续利用反应气体160的燃料电池220造成冲击，导致电能供应装置不稳定，引发安全隐患。

可选的，压力透气膜材料为多孔特氟龙膜。

可选的，阴极壳体120可以是碳电极壳体、惰性电极壳体等，阳极130可以是镁合金电极、铝合金电极(也即铝基电极)等，铝基电极的材料采用铝基合金粉体烧结后的棒体。为了进一步的说明本申请，以下将以铝合金电极为阳极130，碳电极壳体为阴极壳体120为例进行说明：

如图1和图2所示，以碳电极壳体作为外壳，铝合金电极作为壳体内设置的阳极130，在铝合金电极和碳电极壳体之间形成环形的排气通道140，在碳电极壳体上设置有第一开口141和第二开口142，第一开口141经环形的排气通道140和通道另一端的第二开口142连通，在环形的排气通道140上设置有压力透气膜150，压力透气膜150覆盖环形的排气通道140的横截面，从而具有平衡压力和安全机制的作用。为了充分利用铝合金电极和碳电极壳体，还可以将压力透气膜150靠近第二开口142设置。将海水电池放置于海水110中时，海水110将经第一开口141进入环形排气通道140，即此时铝合金电极和碳电极壳体分别与排气通道140内的海水110接触，在铝合金电极处会与海水110进行电化学氧化反应，即铝合金电极失电子并生成铝离子，Al-3e^-＝Al³⁺，在碳电极壳体处会发生电化学还原反应，即碳电极壳体接收电子，并与海水110产生氢气131，3H⁺+3e^-＝3/2H₂，由于电子的流动，从而在铝合金电极和碳电极壳体之间形成电位差，即铝合金电极和碳电极壳体形成电偶产生电能。随着电能的生成，由碳电极壳体处产生的氢气131由排气通道140上升至压力透气膜150，然后穿过压力透气膜150经第二开口142向后续的燃料电池220提供。

可选的，如图2所示，在电能的生成过程中，除了碳电极壳体与海水110反应生成的氢气131外，由于铝合金电极较为活泼，因此，在铝合金电极处还会发生自腐蚀现象，即铝合金电极会与海水110反应生成的氢气131，生成的氢气131也会进入排气通道140，并由排气通道140上升至压力透气膜150，然后穿过压力透气膜150经第二开口142向后续的燃料电池220提供，如此，便可以进一步的满足燃料电池220的氢气131所需，提高燃料电池220的电能输出功率，便于实现较大功率的电能供给。

可选的，在铝合金电极和碳电极壳体生成电能的过程中，铝合金电极会失去电子，从而产生铝离子，通过与海水110反应生成氢氧化铝固体170残渣，为了保证海水电池长时间的持续电能供给，还可以借助第一开口141和流动的海水110排出氢氧化铝固体170残渣，例如图1所示，新的海水110可以由左侧的第一开口141进入排气通道140，反应过后的海水110可由右侧的第一开口141流出海水电池，随着海水110从右侧的第一开口141流出，会带动海水110中的氢氧化铝固体170残渣也由右侧的第一开口141流出，继而避免氢氧化铝固体170残渣堆积于碳电极壳体内，从而导致反应减缓甚至停止，需要人工清理的繁琐步骤。

可选的，如图2所示，为了进一步的提高电能供应装置所应用的用电设备的稳定性和用电的灵活性，还可以设置有储能电池300，将储能电池300与海水电池的电能输出端连接，以便于在海水电池产生电能后向储能电池300输入，由储能电池300将其存储，便于后续用电设备在需要用电时取用。即，将储能电池300的正极与阳极130连接，将储能电池300的负极与阴极壳体120连接，如此，实现存储阴极壳体120和阳极130之间形成的电能。在用电设备需要用电时，储能电池300也能够以更加稳定的电流、电压输出，从而保护用电设备。

可选的，在反应气体160为氢气131(如图2所示，可以包括上述的两部分来源的氢气131)时，电能供应装置还包括燃料电池220，通过燃料电池220能够进一步的提高电能供应装置的电能输出功率，满足大功率用电设备的需求。同时，为了充分利用海水电池中产生的氢气131，还可以将燃料电池220通过第二开口142与排气通道140连通，如此，在海水电池中产生的氢气131便可以经压力透气膜150、第二开口142输入到燃料电池220，从而作为燃料电池220的正极使用，同时，还可以将空气中的氧气132经过氧气132分离装置引入燃料电池220，从而发生电化学反应生成电能，将燃料电池220的电能输出端与储能电池300连接，储能电池300便可以将其存储起来。

可选的，燃料电池220可以设置于海面上，为了实现海水电池的氢气131利用，如图1和图3所示，还可以使得燃料电池220通过输氢管道210与第二开口142连通，如此，在排气通道140中产生的氢气131便可以穿过压力透气膜150经第二开口142进入输氢管道210，然后向燃料电池220输入。阴极壳体120和阳极130可以分别通过导线180与储能电池300连接，导线180可以位于输氢管道210，如此，便可以利用输氢管道210对导线180进行保护，提高电能供应装置的电能输出的稳定性。

可选的，如图3所示，海水电池包括多个，例如两个、三个、四个等，多个海水电池分别与输氢管道210连通，从而便于提供较大功率的电能输出的电能供应装置。

本申请实施例的另一方面，提供一种航行器，包括航行器本体以及上述任一种的电能供应装置，电能供应装置设置于航行器本体，电能供应装置用于向航行器本体提供电能。通过在海水电池中的排气通道140中设置压力透气膜150，便可以为海水电池提供安全机制，同时，在后续利用反应气体160的燃料电池220通过压力透气膜150也能够获得比较均衡的反应气体160供给，避免对后续利用反应气体160的燃料电池220造成冲击，导致电能供应装置不稳定，引发安全隐患。航行器可以是船舶或潜水器，本申请对其不做限制。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种电能供应装置，其特征在于，包括海水电池，所述海水电池包括阴极壳体以及设置于所述阴极壳体内的阳极，在所述阴极壳体与所述阳极之间形成排气通道，所述排气通道包括连通的第一开口和第二开口，海水经所述第一开口容置于所述排气通道以在所述阴极壳体和所述阳极之间形成电势差；在所述排气通道内设置有压力透气膜，以由所述压力透气膜经所述第二开口排出所述阴极壳体和所述阳极形成电势差时生成的反应气体。

2.如权利要求1所述的电能供应装置，其特征在于，所述阴极壳体为碳电极壳体，所述阳极为铝合金电极。

3.如权利要求2所述的电能供应装置，其特征在于，所述反应气体包括所述碳电极壳体发生电化学反应生成的氢气和所述铝合金电极与所述海水反应生成的氢气。

4.如权利要求2所述的电能供应装置，其特征在于，所述第一开口用于排出所述铝合金电极与所述海水反应生成的氢氧化铝固体。

5.如权利要求1所述的电能供应装置，其特征在于，所述阴极壳体为碳电极壳体，所述阳极为镁合金电极。

6.如权利要求1所述的电能供应装置，其特征在于，所述电能供应装置还包括储能电池，所述储能电池分别与所述阴极壳体和所述阳极连接，用于存储所述阴极壳体和所述阳极形成的电能。

7.如权利要求6所述的电能供应装置，其特征在于，所述反应气体为氢气，所述电能供应装置还包括燃料电池，所述燃料电池经所述第二开口与所述排气通道连通，所述燃料电池的电能输出端还与所述储能电池连接，所述储能电池还用于存储所述燃料电池产生的电能。

8.如权利要求7所述的电能供应装置，其特征在于，所述燃料电池通过输氢管道与所述第二开口连通；所述阴极壳体和所述阳极分别通过导线与所述储能电池连接，所述导线部分位于所述输氢管道。

9.如权利要求8所述的电能供应装置，其特征在于，所述海水电池包括多个，多个所述海水电池分别与所述输氢管道连通。

10.一种航行器，其特征在于，包括航行器本体以及如权利要求1至9任一项所述的电能供应装置，所述电能供应装置设置于所述航行器本体，所述电能供应装置用于向所述航行器本体提供电能。