CN113594502A - 密闭碱性电解液箱及金属空气燃料电池系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种密闭碱性电解液箱及金属空气燃料电池系统，密闭碱性电解液箱包括箱体、浮顶小球层、第一过滤层和第二过滤层，所述浮顶小球层、所述第一过滤层和所述第二过滤层从上至下依次设置在所述箱体内部；所述浮顶小球层，用于抑制电解液中水分的挥发；所述第一过滤层为栅栏结构，所述第二过滤层为筛孔结构；所述浮顶小球层的浮顶小球直径大于所述第一过滤层的孔径，所述第一过滤层的孔径大于所述第二过滤层的孔径；所述箱体上设有出液口和回液口，所述回液口位于所述浮顶小球层上方，所述出液口位于所述第二过滤层下方。本发明能够有效提升金属空气燃料电池的工作效能，显著降低存放过程中电解液的酸化，延长电解液的使用寿命。

Description

密闭碱性电解液箱及金属空气燃料电池系统
技术领域
本发明涉及金属空气燃料电池技术领域，更加具体来说，本发明涉及一种密闭碱性电解液箱及金属空气燃料电池系统。
背景技术
金属空气燃料电池在使用的过程中，由于金属燃料电池模组本身没有电解液存储装置，所以需要电解液箱存储电解液，并通过循环泵来保证电解液在电池模组内的循环流动，输运电解液至电极，进行电极反应，提供电能。
金属空气燃料电池电化学反应过程会产生沉淀，沉淀使得碱性电解液的流动性、导电性降低，甚至堵塞碱性电解液箱进出液口，从而降低金属燃电池的使用寿命和使用效率。同时，在碱性电解液长期存储过程中由于二氧化碳酸化，造成碱性电解液使用效率降低，甚至失效。
因此，需要一种带有过滤结构的密闭碱性电解液箱。
发明内容
为解决现有碱性电解液易酸化、电化学反应产生的沉淀易堵塞电解液箱进出液口等问题，本发明创新地提供了一种密闭碱性电解液箱，能够有效提升金属空气燃料电池的工作效能，显著降低存放过程中电解液的酸化，延长电解液的使用寿命。
为实现上述的技术目的，本发明第一方面公开了一种密闭碱性电解液箱，包括箱体、浮顶小球层、第一过滤层和第二过滤层，所述浮顶小球层、所述第一过滤层和所述第二过滤层从上至下依次设置在所述箱体内部；
所述浮顶小球层，用于抑制电解液中水分的挥发；
所述第一过滤层为栅栏结构，所述第二过滤层为筛孔结构；
所述浮顶小球层的浮顶小球直径大于所述第一过滤层的孔径，所述第一过滤层的孔径大于所述第二过滤层的孔径；
所述箱体上设有出液口和回液口，所述回液口位于所述浮顶小球层上方，所述出液口位于所述第二过滤层下方。
进一步地，所述浮顶小球的直径为6～16mm，所述第一过滤层的孔径为5～15mm，所述第二过滤层的孔径为3～8mm。
进一步地，所述第一过滤层和所述第二过滤层均水平设置。
进一步地，所述第一过滤层和所述第二过滤层均倾斜设置，所述第一过滤层和所述第二过滤层与所述箱体的侧壁呈预设夹角。
进一步地，所述第一过滤层和所述第二过滤层均呈倒V字型。
进一步地，所述出液口的数量为2个，所述回液口的数量为4个。
进一步地，所述出液口设置在箱体的侧壁上，所述回液口设置在所述箱体的顶部。
进一步地，所述出液口连接有出液管，所述出液管上设有出液口电动阀门；所述回液口连接有回液管，所述回液管上设有回液口电动阀门。
为实现上述的技术目的，本发明第二方面公开了一种金属空气燃料电池系统，包括第一方面所述的密闭碱性电解液箱、循环泵和电池模组，所述密闭碱性电解液箱的出液口通过出液管与所述电池模组的进液口相连，所述电池模组的排液口与所述密闭碱性电解液箱的回液口通过回液管相连，所述循环泵设置在所述出液管上。
进一步地，还包括散热器和热交换器，所述散热器设置在所述循环泵和所述电池模组之间，所述热交换器置于所述箱体内部。
本发明的有益效果为：
本发明的密闭碱性电解液箱，浮顶小球在箱体内部电解液表面形成密封面，使得整个电解液箱与外部隔离开来，形成电解液密封环境，从而起到防止碱性电解液被空气中二氧化碳酸化失效的可能，另一方面密封环境可以有效的防止电解液中水分的蒸发流失，从而更长时间的保持电解液的容量和有效；双层过滤分离结构，分散过滤，使得再次循环利用的电解液电化学反应效率更高，增强电解液循环流速度，防止反应物沉淀堵塞液路和阻碍电解液与阳极板的接触，能够有效提升金属空气燃料电池的工作效能，显著降低存放过程中电解液的酸化，延长电解液的使用寿命。
附图说明
图1是本发明第一实施例的密闭碱性电解液箱的结构示意图；
图2是本发明第二实施例的密闭碱性电解液箱的结构示意图；
图3是本发明第三实施例的密闭碱性电解液箱的结构示意图；
图4是本发明实施例的金属空气燃料电池系统的结构示意图。
图中，
1、箱体；2、浮顶小球层；20、浮顶小球；3、第一过滤层；4、第二过滤层；5、出液口；6、回液口；7、出液管；8、回液管；9、出液口电动阀门；10、回液口电动阀门；11、循环泵；12、电池模组。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明提供的密闭碱性电解液箱及金属空气燃料电池系统进行详细的解释和说明。
如图1所示，本实施例具体公开了一种密闭碱性电解液箱，包括箱体1、浮顶小球层2、第一过滤层3和第二过滤层4，浮顶小球层2、第一过滤层3和第二过滤层4从上至下依次设置在箱体1内部。浮顶小球层2由若干浮顶小球20构成，浮顶小球可为塑料小气或橡胶气囊，浮顶小球层2用于抑制电解液中水分的挥发；浮顶小球20在电解液箱内部电解液表面形成密封面，使得整个电解液箱与外部隔离开来，形成电解液密封环境，从而起到防止碱性电解液被空气中二氧化碳酸化失效的可能，另一方面密封环境可以有效的防止电解液中水分的蒸发流失，从而更长时间的保持电解液的容量和有效。第一过滤层3为栅栏结构，第二过滤层4为筛孔结构；浮顶小球层2的浮顶小球20直径大于第一过滤层3的孔径，在保证形成密封面的同时，使得沉淀能够透过浮顶小球层2到达第一过滤层3和第二过滤层4。第一过滤层3的孔径大于第二过滤层4的孔径，进行分散过滤，过滤效果好，使得沉淀都被拦截在第一过滤层3和第二过滤层4上，使得再次循环利用的电解液电化学反应效率更高，增强电解液循环流速度，防止反应物沉淀堵塞液路和阻碍电解液与阳极板的接触。
箱体1上设有出液口5和回液口6，回液口6位于浮顶小球层2上方，使得循环回的电解液能依次经过浮顶小球层2、第一过滤层3和第二过滤层4；出液口5位于第二过滤层4下方，使得循环回的电解液先经过滤后再进入电池模组12参与化学反应，避免沉淀堵塞液路。
在本实施例中，浮顶小球20的直径为6～16mm，第一过滤层3的孔径为5～15mm，第二过滤层4的孔径为3～8mm。优选地，浮顶小球20的直径为10mm，第一过滤层3的孔径为8mm，第二过滤层4的孔径为3mm。浮顶小球20的直径、第一过滤层3的孔径和第二过滤层4的孔径根据电池模组12内电化学反应产生的沉淀粒径设置，电解液中产生的沉淀经第一过滤层3和第二过滤层4后几乎完全被拦截，进入箱体1底部的电解液内几乎无沉淀。
第一过滤层3和第二过滤层4为金属或耐高温高分子材料组成。
本实施例中，第一过滤层3和第二过滤层4均水平设置。浮顶小球20浮在第一过滤层3上也形成水平的密封层，浮顶小球层2、第一过滤层3和第二过滤层4水平贯穿整个箱体1，使得循环回的电解液能完全经过过滤。产生的沉淀被拦截在第一过滤层3和第二过滤层4上，在电池供电结束后，通过拆卸第一过滤层3和第二过滤层4进行沉淀的清除。
在第二实施例中，如图2所示，第一过滤层3和第二过滤层4均倾斜设置，第一过滤层3和第二过滤层4与箱体1的侧壁呈预设夹角，优选为45°。若干浮顶小球20浮在第一过滤层3上，形成倾斜的密封层，第一过滤层3和第二过滤层4上的沉淀聚积在过滤层偏低的一侧，避免沉淀堵塞栅栏或筛孔、影响过滤效果。还可以在箱体1靠近第一过滤层3和第二过滤层4低位的侧壁上开设沉淀清理口，沉淀清理口的上方低于浮顶小球20的顶部，避免清理沉淀时浮顶小球20跑出，沉淀清理口的下方与第二过滤层4最低位高度相同或低于第二过滤层4，使得第二过滤层4上的沉淀能顺利经过沉淀清理口。沉淀清理口可设置侧门，在清理沉淀时侧门开启，不清理时侧门关闭，保持电解液箱的密闭性。也可以在箱体1外侧设置沉淀收集箱，在沉淀过滤的过程中沉淀直接进入沉淀收集箱中，不需要在停止供电后清理，整个过程更加连续和自动化。沉淀收集箱与箱体1之间密封连接，保持箱体1的密闭环境，减少电解液的酸化。
在第三实施例中，如图3所示，第一过滤层3和第二过滤层4均呈倒V字型。过滤的沉淀在重力作用下分别流向箱体1的两侧壁，避免沉淀堵塞栅栏或筛孔、影响过滤效果。还可以在箱体1靠近第一过滤层3和第二过滤层4最低位的侧壁上开设沉淀清理口，沉淀清理口的上方低于浮顶小球20的顶部，避免清理沉淀时浮顶小球20跑出，沉淀清理口的下方与第二过滤层4最低位高度相同或低于第二过滤层4，使得第二过滤层4上的沉淀能顺利经过沉淀清理口。沉淀清理口可设置侧门，在清理沉淀时侧门开启，不清理时侧门关闭。也可以在箱体1外侧设置沉淀收集箱，在沉淀过滤的过程中沉淀直接进入沉淀收集箱中，不需要在停止供电后清理，整个过程更加连续和自动化。沉淀收集箱与箱体1之间密封连接，保持箱体1的密闭环境，减少电解液的酸化。
出液口5的数量为2个，回液口6的数量为4个。出液口5设置在箱体1的侧壁上，出液口5设置在箱体1侧壁靠近底部的位置，回液口6设置在箱体1的顶部。出液口5和回液口6的数量设置增强电解液的循环流速，回液口6设置在浮顶小球层2、第一过滤层3和第二过滤层4的正上方，过滤效果更好。
出液口5连接有出液管7，出液管7上设有出液口电动阀门9；回液口6连接有回液管8，回液管8上设有回液口电动阀门10。通过出液口电动阀门9和回液口电动阀门10的控制，实现电解液的密封存储。
本实施例还公开了一种金属空气燃料电池系统，如图4所示，包括上述实施例所述的密闭碱性电解液箱、循环泵11和电池模组12，密闭碱性电解液箱的出液口5通过出液管7与电池模组12的进液口相连，电池模组12的排液口与密闭碱性电解液箱的回液口6通过回液管8相连，循环泵11设置在出液管7上。金属空气燃料电池工作条件下，在循环泵11的作用下，电解液从电解液箱出液口5流出，依次经出液管7、出液口电动阀门9、电池模组12反应、回液管8、回液口电动阀门10回到箱体1内。在箱体1内依次经浮顶小球20、第一过滤层3和第二过滤层4的双层过滤后到箱体1底部，再经出液管7、出液口电动阀门9、循环泵11、电池模组12反应、回液管8、回液口电动阀门10回到箱体1内，实现电解液的循环利用。
在金属空气燃料电池为未工作状态时，通过出液口电动阀门9、进液口电动阀门及浮顶小球20切断电解液与回液管8和出液管7的连接，形成电解液箱密闭环境。
本实施例的金属空气燃料电池系统还包括散热器和热交换器，散热器设置在循环泵11和电池模组12之间，热交换器置于箱体1内部。热交换器对热的电解液进行热交换，降低电解液的温度。温度较高的电解液通过热交换器后，从出液口5流出进入散热器，降温后的电解液进入电池模组12参与化学反应，热交换器以及散热器组成金属空气燃料电池的冷却回路。
本实施例的金属空气燃料电池系统还包括电解液加热装置，电解液加热装置设置在箱体1的底部，加热装置可选为氧烛。当金属空气燃料电池的低温环境工作时，电解液加热装置先加热电解液，便于电池低温快速启动。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本说明书的描述中，参考术语“本实施例”、“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任至少一个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明实质内容上所作的任何修改、等同替换和简单改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种密闭碱性电解液箱，其特征在于，包括箱体(1)、浮顶小球层(2)、第一过滤层(3)和第二过滤层(4)，所述浮顶小球层(2)、所述第一过滤层(3)和所述第二过滤层(4)从上至下依次设置在所述箱体(1)内部；
所述浮顶小球层(2)，用于抑制电解液中水分的挥发；
所述第一过滤层(3)为栅栏结构，所述第二过滤层(4)为筛孔结构；
所述浮顶小球层(2)的浮顶小球(20)直径大于所述第一过滤层(3)的孔径，所述第一过滤层(3)的孔径大于所述第二过滤层(4)的孔径；
所述箱体(1)上设有出液口(5)和回液口(6)，所述回液口(6)位于所述浮顶小球层(2)上方，所述出液口(5)位于所述第二过滤层(4)下方。
2.根据权利要求1所述的密闭碱性电解液箱，其特征在于，所述浮顶小球(20)的直径为6～16mm，所述第一过滤层(3)的孔径为5～15mm，所述第二过滤层(4)的孔径为3～8mm。
3.根据权利要求1所述的密闭碱性电解液箱，其特征在于，所述第一过滤层(3)和所述第二过滤层(4)均水平设置。
4.根据权利要求1所述的密闭碱性电解液箱，其特征在于，所述第一过滤层(3)和所述第二过滤层(4)均倾斜设置，所述第一过滤层(3)和所述第二过滤层(4)与所述箱体(1)的侧壁呈预设夹角。
5.根据权利要求1所述的密闭碱性电解液箱，其特征在于，所述第一过滤层(3)和所述第二过滤层(4)均呈倒V字型。
6.根据权利要求1所述的密闭碱性电解液箱，其特征在于，所述出液口(5)的数量为2个，所述回液口(6)的数量为4个。
7.根据权利要求1或6所述的密闭碱性电解液箱，其特征在于，所述出液口(5)设置在箱体(1)的侧壁上，所述回液口(6)设置在所述箱体(1)的顶部。
8.根据权利要求1或6所述的密闭碱性电解液箱，其特征在于，所述出液口(5)连接有出液管(7)，所述出液管(7)上设有出液口电动阀门(9)；所述回液口(6)连接有回液管(8)，所述回液管(8)上设有回液口电动阀门(10)。
9.一种金属空气燃料电池系统，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的密闭碱性电解液箱、循环泵(11)和电池模组(12)，所述密闭碱性电解液箱的出液口(5)通过出液管(7)与所述电池模组(12)的进液口相连，所述电池模组(12)的排液口与所述密闭碱性电解液箱的回液口(6)通过回液管(8)相连，所述循环泵(11)设置在所述出液管(7)上。
10.根据权利要求9所述的金属空气燃料电池系统，其特征在于，还包括散热器和热交换器，所述散热器设置在所述循环泵(11)和所述电池模组(12)之间，所述热交换器置于所述箱体(1)内部。
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