CN113299952B - 一种高效反应电池的驱动方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种高效反应电池的驱动方法，高效反应电池包括燃料通道、空气通道和电解质板，燃料通道与空气通道分别设于电解质板的两侧，燃料通道与电解质板之间设有燃料极，空气通道与电解质板之间设有空气极，燃料极作为阳极、空气极作为阴极对外连设备进行供电，燃料通道包括燃料进气口和燃料出气口，燃料进气口设于燃料出气口的上方，燃料通道沿着燃料极的表面呈波形设置，空气通道包括空气进气口和空气出气口，空气进气口设有空气出气口的上方，空气通道沿着空气极的表面呈波形设置，首先启动空气通道，使空气通道内的气体流动稳定后，再启动燃料通道。本发明提供一种提高电池中电化学效率的一种高效反应电池的驱动方法。
Description
技术领域
本发明涉及新能源领域，具体讲是一种高效反应电池的驱动方法。
背景技术
电池是一种将存在于还原剂与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。
在日常生活中，电池广泛得到了广泛的运用，其中包括锂电池、干电池、太阳能电池、燃料电池等。但这些电池都有些或多或少的电化学效率低的问题，即将化学能转化成电能过程中，其能量的转化率低的情况。
其中有些电池的电化学效率仅有40-70％的情况，造成了很大的浪费，相应的该类电池具有很高的提升电化学效率的空间。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提高电池中电化学效率的一种高效反应电池的驱动方法。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种高效反应电池的驱动方法，高效反应电池包括通入燃料的燃料通道、通往空气的空气通道和用于形成离子导电体的电解质板，所述燃料通道设于电解质板的一侧，所述空气通道设于电解质板的另一侧，所述燃料通道与电解质板之间设有燃料极，所述空气通道与电解质板之间设有空气极，所述燃料极作为阳极、空气极作为阴极对外连设备进行供电，所述燃料通道包括燃料进气口和燃料出气口，所述燃料进气口设于燃料出气口的上方，所述燃料通道沿着燃料极的表面呈波形设置，所述空气通道包括空气进气口和空气出气口，所述空气进气口设于空气出气口的上方，所述空气通道沿着空气极的表面呈波形设置，首先启动空气通道，使空气通道内的气体流动稳定后，再启动燃料通道。
与现有技术相比，本发明的优点在于：通过将增加燃料通道和空气通道的长度来增加燃料的反应时间和空气的反应时间，从而提高燃料气体的电化学效率，而燃料进气口设于燃料出气口的上方，空气进气口设于空气出气口的上方可以避免燃料气体和空气由下往上运动时的高速性，易于控制气体的流速，进而控制气体的反应速率以及提高燃料气体的电化学效率，而先启动空气通道，可以激活空气通道中空气流动性，当启动燃料通道时，空气通道可以第一时间进行反应，从而有效提升起始阶段燃料的电化学效率，同时先启动空气通道，还可以先稳定空气通道内的气压，若同时启动燃料通道与空气通道，空气通道侧会因为电化学反应的过程造成气压的不稳定波动，造成电化学反应的稳定性差，电化学效率低的情况。
作为本发明的一种改进，所述燃料出气口与燃料进气口之间还设有回气通道，所述回气通道与燃料进气口的连接处设有气泵，所述气泵用于回气通道内的燃料传输进燃料通道中，在燃料通道启动过程中，未反应的燃料通过回气通道重新返回到燃料通道中，通过所述改进，对未反应的燃料进行二次反应，从而提高燃料的电化学效率。
作为本发明的还有一种改进，所述空气通道的波峰设于空气通道的上侧，所述空气通道的波谷设于空气通道的下侧，所述空气通道的每个波谷处设有液压单向阀，所述空气通道的波谷处还设有水，在空气通道启动过程中，空气通道的气压上升，使部分水通过液压单向阀排出，通过所述改进，波谷处设有液压单向阀和水，可以形成一个具有自动调节的排气系统，当水足够时，水可以从液压单向阀进行排出，而当水不足时，水保存在波谷处形成气体密封效果，避免空气从液压单向阀排出，保证空气极与空气的反应。
作为本发明的还有一种改进，所述空气通道的下方还设有缓冲槽，所述缓冲槽内设有水，所述缓冲槽内的水与空气通道之间设有间隙，在空气通道内反应产生的水先流向空气通道的波谷处，再通过液压单向阀流向缓冲槽中。
作为本发明的还有一种改进，所述缓冲槽的底部设有液压单向阀，所述缓冲槽的底部的液压单向阀的出口与空气出气口相连，缓冲槽内的水通过液压单向阀流向空气出气口并排出，通过所述改进，便于未反应空气及反应产物水的收集。
作为本发明的还有一种改进，所述空气通道的波谷之间设有连通孔，空气通道内的水覆盖连通孔，当空气通道中任一一个波谷处的液压单向阀堵塞时，水可以通过连通孔流向相邻的波谷，以避免空气通道中波谷处的水位上涨，影响空气流通，通过所述改进，可以有效防止液压单向阀堵塞时导致的高效反应电池低电化学效率问题。
作为本发明的还有一种改进，所述缓冲槽内设有水，所述缓冲槽内的水与空气通道内的水的总体积大于缓冲槽的容积，当空气通道中任一一个波谷处的液压单向阀泄漏时，水会直接流向缓冲槽，但仍有部分水处于波谷内，以保证空气通道的完整，通过所述改进，可以通过调节缓冲槽与空气出气口之间的液压单向阀，来调节排水液压以及排水量，来保持空气通道内水的水位，不需要纠结于空气通道中的哪一个波谷处的液压单向阀泄漏。
附图说明
图1是本发明整体结构示意图。
图2是本发明燃料通道结构示意图。
图3是本发明空气通道结构示意图。
图4是本发明图3中Ⅰ部结构放大示意图。
图中所示：1、燃料通道，1.1、燃料进气口，1.2、燃料出气口，1.3、气压单向阀，2、空气通道，2.1、空气进气口，2.2、空气出气口，2.3、液压单向阀，2.4、隔板，2.5、缓冲槽，3、电解质板，4、燃料极，5、空气极，6、回气通道，6.1、气泵，7、水，8、连通孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例作进一步描述。
如图1-3所示，一种高效反应电池，包括通入燃料的燃料通道1、通往空气的空气通道2和用于形成离子导电体的电解质板3，所述燃料通道1设于电解质板3的一侧，所述空气通道2设于电解质板3的另一侧，所述燃料通道1与电解质板3之间设有燃料极4，所述空气通道2与电解质板3之间设有空气极5，所述燃料极4作为阳极、空气极5作为阴极对外连设备进行供电，所述燃料通道1包括燃料进气口1.1和燃料出气口1.2，所述燃料进气口1.1设于燃料出气口1.2的上方，所述燃料通道1沿着燃料极4的表面呈波形设置，所述空气通道2包括空气进气口2.1和空气出气口2.2，所述空气进气口2.1设于空气出气口2.2的上方，所述空气通道2沿着空气极5的表面呈波形设置。
如图2所示，所述燃料通道1的波峰设于燃料通道1的左侧，所述燃料通道1的波谷设于燃料通道1的右侧，所述燃料通道1的波峰与燃料通道1的波谷呈弧状设置，可以使燃料气体与燃料极4充分接触，反应更加充分，同时通过弧状的设计可以避免燃料气体在传输过程中出现气旋，所述燃料出气口1.2与燃料进气口1.1之间还设有回气通道6，所述回气通道6与燃料进气口1.1的连接处设有气泵6.1，所述气泵6.1用于回气通道6内的燃料传输进燃料通道1中，所述燃料出气口1.2处还设有一个用于防止燃料回流的气压单向阀1.3，所述气压单向阀1.3设于回气通道6与燃料通道1的连接处的下游，避免空气被回气流道中，从而降低燃料的浓度，影响了整体电化学效率。
如图3所示，所述空气通道2的波峰设于空气通道2的上侧，所述空气通道2的波谷设于空气通道2的下侧，所述空气通道2的波峰呈弧状设置，可以使空气与空气极5充分接触，反应更加充分，避免出现空气极5与空气反应效率低而导致燃料极4与燃料反应下降的情况，同时通过弧状的设计可以避免空气在传输过程中出现气旋，所述空气通道2的通道壁呈倾斜设置，设于下端的所述空气通道2比设于上端的空气通道2宽，在空气极5与空气反应会产生水，通过设计可以使水更快速得向下流动，不容易出现挂壁的情况，同时在空气通道2中，空气时刻与空气极5发生反应产生水，该过程会造成空气通道内的气压下降，若不进行相应的气压调节，易造成电化学反应的波动性，不利于发电的稳定性，所述空气通道2的每个波谷处设有液压单向阀2.3，所述空气通道2的波谷处还设有水7，在空气向上流动时，通过空气通道2上窄下宽的设计，进行气压的稳定调节，而在空气向下流动时，通过波谷处的水7以及液压单向阀2.3进行气压的调节，所述空气通道2的波谷与空气极5的连接处设有隔板2.4，所述隔板2.4的高度大于空气通道2的波谷内的水7的深度，通过隔板2.4的设计，可以避免水与空气极5的浸泡性接触，从而延长空气极5的使用寿命，所述空气通道2的下方还设有缓冲槽2.5，所述缓冲槽2.5内设有水7，所述缓冲槽2.5内的水7与空气通道2之间设有间隙，所述缓冲槽2.5内的水7与空气通道2内的水7的总体积大于缓冲槽2.5的容积，所述缓冲槽2.5的底部设有液压单向阀2.3，所述缓冲槽2.5的底部的液压单向阀2.3的出口与空气出气口2.2相连。
当空气通道2内的氧气反应后形成水7，聚集在空气通道2的波谷处，从而增强了空气通道2波谷处的液压，使空气通道2的波谷处的水7从波谷流向缓冲槽2.5中，而后缓冲槽2.5内的液压升高，使缓冲槽2.5内的水7从缓冲槽2.5流向空气出气口2.2，并从空气出气口2.2排出。
在空气通道2的波谷之间设有连通孔8，水7覆盖连通孔8，从而不会影响空气在空气通道2内的流通，当空气通道2的波谷处的液压单向阀2.3泄漏时，空气通道2的波谷的水7流向缓冲槽2.5，空气通道2内的水7通过连通孔8的作用保持同一个水7位，当缓冲槽2.5内的容积蓄满水7后，空气通道2的波谷内依旧蓄有水7，保证空气流通，并且通过调节缓冲槽2.5与空气出气口2.2的连接处的液压单向阀2.3来保证高效反应电池的正常运行，避免因为空气通道2的波谷处的液压单向阀2.3损坏时，导致高效反应电池直接无法工作的情况；当空气通道2的波谷处的液压单向阀2.3堵塞时，空气通道2内的水7通过连通孔8的作用保持同一个水7位，并不会影响高效反应电池的正常使用。若缓冲槽2.5与空气出气口2.2的连接处的液压单向阀2.3出现泄漏时，并不会影响高效反应电池的正常运转，若缓冲槽2.5与空气出气口2.2的连接处的液压单向阀2.3出现堵塞时，只需要进行更换即可，其更换过程相较于更换空气通道2的波谷处的液压单向阀2.3方便很多。
在高效反应电池工作过程中，燃料与燃料极4的反应速率取决于燃料与燃料极4的接触时间、接触面积以及与燃料进行反应的反应离子浓度，而通过燃料通道1的设计，可以大大增加燃料与燃料极4的接触时间，而通过空气通道2的设计，可以大大增加空气与空气极5的反应速度，从而提高与燃料进行反应的反应离子浓度，进而提高燃料的电化学效率。
其驱动步骤如下：
S1：启动空气通道2，输入空气；
S11：稳定空气通道2内气压，稳定空气通道2内气流流动；
S12：空气通道2内气压上升，空气通道2的波谷处的水7通过液压单向阀2.3向缓冲槽2.5流动；
S13：缓冲槽2.5内水位上升，缓冲槽2.5上的液压单向阀2.3进行排水；
S14：通过空气通道2内波谷的水位以及缓冲槽2.5内的水位，判断液压单向阀2.3的工作状态是否良好，在该波谷处以及缓冲槽2.5上设有液位仪，观察水位可以通过相应的液位仪来进行观察；
S141：当空气通道2中任一一个波谷处的液压单向阀2.3堵塞时，水7可以通过连通孔8流向相邻的波谷，以避免空气通道2中波谷处的水位上涨，影响空气流通；
S142：当空气通道2中任一一个波谷处的液压单向阀2.3泄漏时，水7会直接流向缓冲槽2.5，但仍有部分水7处于波谷内，以保证空气通道2的完整；
S143：当缓冲槽2.5内的液压单向阀2.3堵塞时，缓冲槽2.5内水位上升，缓冲槽2.5内的液压单向阀进行更换；
S144：当缓冲槽2.5内的液压单向阀2.3泄漏时，水位为零，若空气通道2中波谷的液压单向阀2.3未损坏，则不影响高效反应电池的使用，若空气通道2中波谷的液压单向阀2.3有损坏时，需及时进行缓冲槽2.5内的液压单向阀2.3的更换；
S2：待确定液压单向阀2.3工作正常后，且输入空气后不再有水流出，启动燃料通道1，以保证在起始阶段，燃料的高电化学效率；
S21：燃料通过燃料通道1抵达燃料出气口1.2，部分燃料通过气泵6.1与回气通道6的作用，重新返回燃料通道1中，部分燃料为避免燃料通道1内气压过高，通过燃料出气口1.2排出。
上述技术方案还可以有以下改进：
1、空气通道2内的通道壁从空气进气口2.1向空气出气口2.2方向斜率逐渐增加，因为在反应过程当中，输入的氧气会在反应过程当中生成水7，使得后段的空气通道2中氧气浓度下降，水7的产量下降，为使通道壁上的水7快速降到波谷，可以通过增加通道壁的斜率来实现。
2、空气通道2内在同一水平面上的通道管径从空气进气口2.1向空气出气口2.2方向斜率逐渐减小，因为在反应过程中，输入的氧气会在反应过程当中生成水7，使得空气通道2中的气压下降，而通过缩小通道管径，可以有效的进行稳定气压的作用，避免出现气压波动大，发电效率不稳定的现象。
上述燃料为氢气。
以上仅就本发明的最佳实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本发明不仅局限于以上实施例，其具体结构允许有变化。凡在本发明独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明保护范围内。
Claims (6)
1.一种高效反应电池的驱动方法，高效反应电池包括通入燃料的燃料通道(1)、通往空气的空气通道(2)和用于形成离子导电体的电解质板(3)，所述燃料通道(1)设于电解质板(3)的一侧，所述空气通道(2)设于电解质板(3)的另一侧，所述燃料通道(1)与电解质板(3)之间设有燃料极(4)，所述空气通道(2)与电解质板(3)之间设有空气极(5)，所述燃料极(4)作为阳极、空气极(5)作为阴极对外连设备进行供电，其特征在于：所述燃料通道(1)包括燃料进气口(1.1)和燃料出气口(1.2)，所述燃料进气口(1.1)设于燃料出气口(1.2)的上方，所述燃料通道(1)沿着燃料极(4)的表面呈波形设置，所述空气通道(2)包括空气进气口(2.1)和空气出气口(2.2)，所述空气进气口(2.1)设于空气出气口(2.2)的上方，所述空气通道(2)沿着空气极(5)的表面呈波形设置，首先启动空气通道(2)，使空气通道(2)内的气体流动稳定后，再启动燃料通道(1)，所述空气通道(2)的波峰设于空气通道(2)的上侧，所述空气通道(2)的波谷设于空气通道(2)的下侧，所述空气通道(2)的每个波谷处设有液压单向阀(2.3)，所述空气通道(2)的波谷处还设有水(7)，可以形成一个具有自动调节的排气系统，当水(7)足够时，水(7)可以从液压单向阀(2.3)进行排出，而当水(7)不足时，水(7)保存在波谷处形成气体密封效果，避免空气从液压单向阀(2.3)排出，保证空气极(5)与空气的反应，在空气通道(2)启动过程中，空气通道(2)的气压上升，使部分水(7)通过液压单向阀(2.3)排出，所述空气通道(2)的通道壁呈倾斜设置，设于下端的所述空气通道(2)比设于上端的空气通道(2)宽。
2.根据权利要求1所述的一种高效反应电池的驱动方法，其特征在于：所述燃料出气口(1.2)与燃料进气口(1.1)之间还设有回气通道(6)，所述回气通道(6)与燃料进气口(1.1)的连接处设有气泵(6.1)，所述气泵(6.1)用于回气通道(6)内的燃料传输进燃料通道(1)中，在燃料通道(1)启动过程中，未反应的燃料通过回气通道(6)重新返回到燃料通道(1)中。
3.根据权利要求1所述的一种高效反应电池的驱动方法，其特征在于：所述空气通道(2)的下方还设有缓冲槽(2.5)，所述缓冲槽(2.5)内设有水(7)，所述缓冲槽(2.5)内的水(7)与空气通道(2)之间设有间隙，在空气通道(2)内反应产生的水(7)先流向空气通道(2)的波谷处，再通过液压单向阀(2.3)流向缓冲槽中。
4.根据权利要求3所述的一种高效反应电池的驱动方法，其特征在于：所述缓冲槽(2.5)的底部设有液压单向阀(2.3)，所述缓冲槽(2.5)的底部的液压单向阀(2.3)的出口与空气出气口(2.2)相连，缓冲槽(2.5)内的水通过液压单向阀(2.3)流向空气出气口(2.2)并排出。
5.根据权利要求4所述的一种高效反应电池的驱动方法，其特征在于：所述空气通道(2)的波谷之间设有连通孔(8)，空气通道(2)内的水覆盖连通孔(8)，当空气通道(2)中任一一个波谷处的液压单向阀(2.3)堵塞时，水(7)可以通过连通孔(8)流向相邻的波谷，以避免空气通道(2)中波谷处的水位上涨，影响空气流通。
6.根据权利要求4所述的一种高效反应电池的驱动方法，其特征在于：所述缓冲槽(2.5)内设有水(7)，所述缓冲槽(2.5)内的水(7)与空气通道(2)内的水(7)的总体积大于缓冲槽(2.5)的容积，当空气通道(2)中任一一个波谷处的液压单向阀(2.3)泄漏时，水(7)会直接流向缓冲槽(2.5)，但仍有部分水(7)处于波谷内，以保证空气通道(2)的完整。
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