CN115939450B - 一种铝-铁氰化钾节能电池循环装置 - Google Patents
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Abstract
一种铝‑铁氰化钾节能电池循环装置，本发明中新型铝‑铁氰化钾金属电池组块中新型铝‑铁氰化钾电池采用了氢氧化钠和铁氰化钾的混合电池反应溶液，反应溶液在穿过极板时即发生氧化还原反应，电池废液由废液出口排出，经过废液处理循环利用系统将废液中的进行过滤杂质纯化废液并将[(Fe(CN)6)]4‑转化([Fe(CN)6]3‑)得到含有Na+,K+,OH‑,[Fe(CN)6]3‑电池液，通过信号处理系统控制调节执行器将转化提纯后的电池废液补充至液体混合反应室，实现电池废液的循环利用，提升了电池反应液的利用效率，有效的节约了成本，减少了对环境污染等，同时本发明可以使铝‑铁氰化钾节能电池液体稳定循环，能够使电池持续长时间工作，且易于操作，维护方便等，适合大范围的推广和应用。
Description
技术领域
本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种铝-铁氰化钾节能电池循环装置。
背景技术
目前，微电子设备大多以锂离子电池作为电源，但其存在能量密度较低、不能长期连续运行等问题。
燃料电池的电极和催化剂材料成本昂贵，通过氢燃料电池发电，成本要远高于传统的发电形式。中国对于燃料电池的研究起步较晚，在燃料电池电极、电解质以及催化剂等主要核心部件及材料的研发方面与领先国家还有一定的差距。其次，氢气的制取技术及成本是氢燃料电池在中国实现商业化及规模化发展的一个关键问题，工业制氢技术的复杂和制氢成本的昂贵制约着氢气的价格，氢气在存储过程中受安全性、储能密度等技术要求制约，从而限制了氢燃料电池的大规模使用。开发高效且制备工艺简单的新型铝-铁氰化钾电池装置，以提高电池的性能，具有重要的研究价值。
基于质子交换膜的微型燃料电池作为新型便携式电源，具有环境友好、方便持久、传质速度快、能量密度高等优点，但是此类型燃料电池存在燃料渗透、膜老化及阴极水淹等与质子交换膜有关的一系列技术难题。
传统的铝空气电池系统较为笨重和复杂，且无法在缺氧或者无氧的环境中正常工作，尽管海洋电池能够利用海洋中的溶解氧作为氧化剂，但海水中的溶解氧含量仅0.5％，氧气作为氧化剂，需要使用昂贵的贵金属铂作为催化剂方可反应，依旧存在传统铝空电池成本高的缺点。
经过检索发现，中国专利、专利申请号为CN202111602204.9，申请日为2021年12月24日，公开(公告)号为CN114497828A，专利名称为一种纺锤状Ag/Co3O4复合材料及其制备方法和在锂空气电池中的应用，中国专利、专利申请号为CN201810286074.4，申请日为2018年03月30日，公开(公告)号为CN108682867A，专利名称为一种镁-空气电池用阳极带材及其制备方法和应用，上述两项专利申请均公开了一种锂空气电池和镁空气电池的两种构型的制备方法与应用。上述方法虽然有利于提高金属空气电池性能，但是制备方法繁杂，形貌调控难度高，且续航能力有限难以进行大规模应用。
因此，如何提供一种铝-铁氰化钾节能电池循环装置就显得尤为重要。
发明内容
为克服背景技术中存在的不足，本发明提供了一种铝-铁氰化钾节能电池循环装置，本发明实现了电池废液的循环利用，提升了电池反应液的利用效率，有效的节约了成本，减少了环境污染等。
为实现如上所述的发明目的，本发明采用如下所述的技术方案：
一种铝-铁氰化钾节能电池循环装置，包括电池反应液补给系统、反应液浓度自控系统、新型铝-铁氰化钾金属电池组块、废液处理循环利用系统和信号处理系统，所述电池反应液补给系统中的电池反应液水泵A和电池反应液水泵B的出口分别通过管道连接反应液浓度自控系统中液体混合罐的NaOH电池反应液腔和K3Fe(CN)3电池反应液腔，反应液浓度自控系统中混合液水泵的出口通过管道连接新型铝-铁氰化钾金属电池组块中新型铝-铁氰化钾电池的电池反应液入口，新型铝-铁氰化钾电池的废液出口通过管道连接废液处理循环利用系统中液泵C的进液口，液泵C的出液口通过管道连接废液罐，废液处理循环利用系统中液泵B的出液口通过管道连接反应液浓度自控系统中液体混合罐的K3Fe(CN)3电池反应液腔，信号处理系统中的PC机分别连接控制器、反应液浓度自控系统中液体混合罐内的电池反应液浓度传感器、新型铝-铁氰化钾金属电池组块中的电压监测装置、废液处理循环利用系统中的废液监测装置，所述控制器分别连接混合液水泵、液泵C、液泵B、电池反应液水泵A和电池反应液水泵B形成所述的铝-铁氰化钾节能电池循环装置。
所述的铝-铁氰化钾节能电池循环装置，所述电池反应液补给系统包括储液罐A、储液罐B、电池反应液水泵A、电池阀A、电池反应液水泵B和电磁阀B，所述储液罐A的出液口通过管道连接电池反应液水泵A的进液口，电池反应液水泵A的出液口通过管道连接电池阀A，所述电池阀A通过管道连接反应液浓度自控系统中液体混合罐的NaOH电池反应液腔形成NaOH电池反应液的补充通道，所述储液罐B的出液口通过管道连接电池反应液水泵B的进液口，电池反应液水泵B的出液口通过管道连接电磁阀B，所述电磁阀B通过管道连接反应液浓度自控系统中液体混合罐的K3Fe(CN)3电池反应液腔形成K3Fe(CN)3电池反应液的补充通道，电池反应液水泵A、电池阀A、电池反应液水泵B和电磁阀B分别连接信号处理系统中的控制器。
所述的铝-铁氰化钾节能电池循环装置，所述反应液浓度自控系统包括液体混合罐、电池反应液浓度传感器、混合液水泵和电磁阀C，所述液体混合罐上设有NaOH电池反应液腔、液体混合反应室和K3Fe(CN)3电池反应液腔三个腔体，所述液体混合反应室内设有电池反应液浓度传感器，所述电池反应液浓度传感器连接信号处理系统中的PC机，液体混合反应室通过管道连接混合液水泵的进液口，混合液水泵的出液口通过管道连接电磁阀C，电磁阀C通过管道连接新型铝-铁氰化钾金属电池组块中新型铝-铁氰化钾电池上的电池反应液入口，所述混合液水泵和电磁阀C分别连接信号处理系统中的控制器，所述K3Fe(CN)3电池反应液腔通过管道连接废液处理循环利用系统中的液泵B。
所述的铝-铁氰化钾节能电池循环装置，所述新型铝-铁氰化钾金属电池组块包括电压监测装置和新型铝-铁氰化钾电池，所述新型铝-铁氰化钾电池连接电压监测装置，所述电压监测装置连接信号处理系统中的PC机，新型铝-铁氰化钾电池上的电池反应液入口通过管道连接电磁阀C，新型铝-铁氰化钾电池上的废液出口通过管道连接废液处理循环利用系统中的液泵C。
所述的铝-铁氰化钾节能电池循环装置，所述新型铝-铁氰化钾电池包括电池箱、电池反应液入口、废液出口、铝阳极和碳毡阴极，在所述电池箱的下部设有隔板，通过隔板将电池箱分别上下两个腔体，在所述隔板上间隔设有复数个铝阳极，在每两个铝阳极之间分别设有碳毡阴极，在电池箱的上部设有电池反应液入口，在上腔体内灌装电池反应溶液，在电池箱下腔体的底部设有废液出口，在下腔体内存储有电池废液。
所述的铝-铁氰化钾节能电池循环装置，所述电池反应溶液为氢氧化钠和铁氰化钾的混合溶液。
所述的铝-铁氰化钾节能电池循环装置，所述废液处理循环利用系统包括废液罐、沉淀过滤池、沉淀物收集器、废液监测装置、反应塔、电池废液纯化装置、电池反应液罐、电磁阀D、液泵A、储液罐C、液泵B、单向阀、液泵C和电磁阀E，所述液泵C的进液口通过管道连接新型铝-铁氰化钾电池上的废液出口，液泵C的出液口通过管道连接电磁阀E，所述电磁阀E通过管道连接废液罐的进液口，废液罐的出液口通过管道连接沉淀过滤池，所述沉淀过滤池分别通过管道连接沉淀物收集器和废液监测装置，所述废液监测装置通过管道连接反应塔，所述反应塔分别通过管道连接电磁阀D和电池废液纯化装置，所述电磁阀D通过管道连接液泵A，所述液泵A通过管道连接储液罐C，所述电池废液纯化装置通过管道连接电池反应液罐，所述电池反应液罐通过管道连接液泵B，所述液泵B通过管道连接单向阀，所述单向阀通过管道连接液体混合罐上的K3Fe(CN)3电池反应液腔，所述液泵B、单向阀、电磁阀D、液泵A、液泵C和电磁阀E分别连接信号处理系统中的控制器，所述废液监测装置连接信号处理系统中的PC机。
所述的铝-铁氰化钾节能电池循环装置，所述信号处理系统包括PC机和控制器，所述PC机分别连接控制器、电池反应液浓度传感器、电压监测装置和废液监测装置，所述控制器分别连接电池反应液水泵A、电池阀A、电池反应液水泵B、电磁阀B、混合液水泵、电磁阀C、液泵C、电磁阀E、电磁阀D、液泵A29、液泵B和单向阀。
采用如上所述的技术方案，本发明具有如下所述的优越性：
本发明中新型铝-铁氰化钾金属电池组块中新型铝-铁氰化钾电池采用了氢氧化钠和铁氰化钾的混合电池反应溶液，反应溶液在穿过极板时即发生氧化还原反应，电池废液由废液出口排出，经过废液处理循环利用系统将废液中的进行过滤杂质纯化废液并将[(Fe(CN)6)]4-转化([Fe(CN)6]3-)得到含有Na+,K+,OH-,[Fe(CN)6]3-电池液，通过信号处理系统控制调节执行器将转化提纯后的电池废液补充至液体混合反应室，实现电池废液的循环利用，提升了电池反应液的利用效率，有效的节约了成本，减少了对环境污染等，同时本发明可以使铝-铁氰化钾节能电池液体稳定循环，能够使电池持续长时间工作，且易于操作，维护方便等，适合大范围的推广和应用。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明实施例中新型铝-铁氰化钾电池的结构示意图；
在图中：1、电池反应液补给系统；2、反应液浓度自控系统；3、新型铝-铁氰化钾金属电池组块；4、废液处理循环利用系统；5、信号处理系统；6、储液罐A；7、储液罐B；8、电池反应液水泵A；9、电池阀A；10、电池反应液水泵B；11、电磁阀B；12、液体混合罐；13、电池反应液浓度传感器；14、NaOH电池反应液腔；15、液体混合反应室；16、K3Fe(CN)3电池反应液腔；17、混合液水泵；18、电磁阀C；19、电压监测装置；20、新型铝-铁氰化钾电池；21、废液罐；22、沉淀过滤池；23、沉淀物收集器；24、废液监测装置；25、反应塔；26、电池废液纯化装置；27、电池反应液罐；28、电磁阀D；29、液泵A；30、储液罐C；31、液泵B；32、单向阀；33、PC机；34、控制器；35、电池反应液入口；36、废液出口；37、铝阳极；38、碳毡阴极；39、电池废液；40、液泵C；41、电磁阀E。
具体实施方式
通过下面的实施例可以更详细的解释本发明，本发明并不局限于下面的实施例；
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“侧向”、“长度”、“宽度”、“高度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“侧”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设备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发明中的具体含义。
结合附图1～2所述的一种铝-铁氰化钾节能电池循环装置，包括电池反应液补给系统1、反应液浓度自控系统2、新型铝-铁氰化钾金属电池组块3、废液处理循环利用系统4和信号处理系统5，所述电池反应液补给系统1中的电池反应液水泵A8和电池反应液水泵B10的出口分别通过管道连接反应液浓度自控系统2中液体混合罐12的NaOH电池反应液腔14和K3Fe(CN)3电池反应液腔16，反应液浓度自控系统2中混合液水泵17的出口通过管道连接新型铝-铁氰化钾金属电池组块3中新型铝-铁氰化钾电池20的电池反应液入口35，新型铝-铁氰化钾电池20的废液出口36通过管道连接废液处理循环利用系统4中液泵C40的进液口，液泵C40的出液口通过管道连接废液罐21，废液处理循环利用系统4中液泵B31的出液口通过管道连接反应液浓度自控系统2中液体混合罐12的K3Fe(CN)3电池反应液腔16，信号处理系统5中的PC机33分别连接控制器34、反应液浓度自控系统2中液体混合罐12内的电池反应液浓度传感器13、新型铝-铁氰化钾金属电池组块3中的电压监测装置19、废液处理循环利用系统4中的废液监测装置24，所述控制器34分别连接混合液水泵17、液泵C40、液泵B31、电池反应液水泵A8和电池反应液水泵B10形成所述的铝-铁氰化钾节能电池循环装置。
具体实施时，如图1所示，所述电池反应液补给系统1包括储液罐A6、储液罐B7、电池反应液水泵A8、电池阀A9、电池反应液水泵B10和电磁阀B11，所述储液罐A6的出液口通过管道连接电池反应液水泵A8的进液口，电池反应液水泵A8的出液口通过管道连接电池阀A9，所述电池阀A9通过管道连接反应液浓度自控系统2中液体混合罐12的NaOH电池反应液腔14形成NaOH电池反应液的补充通道，所述储液罐B7的出液口通过管道连接电池反应液水泵B10的进液口，电池反应液水泵B10的出液口通过管道连接电磁阀B11，所述电磁阀B11通过管道连接反应液浓度自控系统2中液体混合罐12的K3Fe(CN)3电池反应液腔16形成K3Fe(CN)3电池反应液的补充通道，电池反应液水泵A8、电池阀A9、电池反应液水泵B10和电磁阀B11分别连接信号处理系统5中的控制器34。
进一步，如图1所示，所述反应液浓度自控系统2包括液体混合罐12、电池反应液浓度传感器13、混合液水泵17和电磁阀C18，所述液体混合罐12上设有NaOH电池反应液腔14、液体混合反应室15和K3Fe(CN)3电池反应液腔16三个腔体，所述液体混合反应室15内设有电池反应液浓度传感器13，所述电池反应液浓度传感器13连接信号处理系统5中的PC机33，液体混合反应室15通过管道连接混合液水泵17的进液口，混合液水泵17的出液口通过管道连接电磁阀C18，电磁阀C18通过管道连接新型铝-铁氰化钾金属电池组块3中新型铝-铁氰化钾电池20上的电池反应液入口35，所述混合液水泵17和电磁阀C18分别连接信号处理系统5中的控制器34，所述K3Fe(CN)3电池反应液腔16通过管道连接废液处理循环利用系统4中的液泵B31。
进一步，如图1、2所示，所述新型铝-铁氰化钾金属电池组块3包括电压监测装置19和新型铝-铁氰化钾电池20，所述新型铝-铁氰化钾电池20连接电压监测装置19，所述电压监测装置19连接信号处理系统5中的PC机33，新型铝-铁氰化钾电池20上的电池反应液入口35通过管道连接电磁阀C18，新型铝-铁氰化钾电池20上的废液出口36通过管道连接废液处理循环利用系统4中的液泵C40。所述新型铝-铁氰化钾电池20包括电池箱、电池反应液入口35、废液出口36、铝阳极37和碳毡阴极38，在所述电池箱的下部设有隔板，通过隔板将电池箱分别上下两个腔体，在所述隔板上间隔设有复数个铝阳极37，在每两个铝阳极37之间分别设有碳毡阴极38，在电池箱的上部设有电池反应液入口35，在上腔体内灌装电池反应溶液，在电池箱下腔体的底部设有废液出口36，在下腔体内存储有电池废液39。
实施时，如图2所示，电池反应液入口35设于电池箱的左上侧，废液出口36设于电池箱的右下侧，铝阳极37和碳毡阴极38依次放置在电池箱的电池反应溶液中；
所述电池反应溶液为氢氧化钠和铁氰化钾的混合溶液。电池反应溶液从铝阳极37表面流过，与铝发生氧化反应(Al-e-+OH-→Al(OH)3)，穿流过碳毡阴极38，由于铁氰化钾不需要用催化剂即可在碳表面发生还原反应，反应溶液在穿过三维碳毡阴极38时即发生还原反应([Fe(CN)6]3-+e-→[(Fe(CN)6)]4-)，电池废液39由废液出口36排出。
实施时，氢氧化钠和铁氰化钾的混合电池反应溶液从铝阳极和三维碳毡阴极表面流过，与铝阳极发生氧化反应；然后穿流过碳毡阴极，在碳表面发生还原反应。无传统燃料和氧化剂的隔膜(如质子交换膜)，阳极采用铝，在强碱中即可发生反应，碳毡阴极未使用催化剂，电池的结构简单、易于组装、成本低，可以在缺少氧气的环境中工作，扩宽了铝作为阳极电池的应用范围。
进一步，电压监测装置19通过监测电池电压判断是否排出电池废液39并补充电池反应液，监测电压低于设定值，PC机33发送两路信号至控制器34，第一路信号经控制器34发出执行命令信息至执行器液泵C40和电磁阀E41，通过控制执行器液泵C40和电磁阀E41在一定时间段的开合来控制电池废液定量的排除；第二路信号经控制器34发出执行命令信息至执行器混合液水泵17和电磁阀C18，通过控制执行器混合液水泵17和电磁阀C18，在一定时间段的开合来控制电池反应液定量的补给。
进一步，如图1所示，所述废液处理循环利用系统4包括废液罐21、沉淀过滤池22、沉淀物收集器23、废液监测装置24、反应塔25、电池废液纯化装置26、电池反应液罐27、电磁阀D28、液泵A29、储液罐C30、液泵B31、单向阀32、液泵C40和电磁阀E41，所述液泵C40的进液口通过管道连接新型铝-铁氰化钾电池20上的废液出口36，液泵C40的出液口通过管道连接电磁阀E41，所述电磁阀E41通过管道连接废液罐21的进液口，废液罐21的出液口通过管道连接沉淀过滤池22，电池废液39经沉淀过滤池22沉淀过滤出电池反应液发电反应后产生的AI(OH)3沉淀物，AI(OH)3沉淀物收集器23处理并储存；所述沉淀过滤池22分别通过管道连接沉淀物收集器23和废液监测装置24，所述废液监测装置24通过管道连接反应塔25，所述反应塔25分别通过管道连接电磁阀D28和电池废液纯化装置26，所述电磁阀D28通过管道连接液泵A29，所述液泵A29通过管道连接储液罐C30，所述电池废液纯化装置26通过管道连接电池反应液罐27，所述电池反应液罐27通过管道连接液泵B31，所述液泵B31通过管道连接单向阀32，所述单向阀32通过管道连接液体混合罐12上的K3Fe(CN)3电池反应液腔16，所述液泵B31、单向阀32、电磁阀D28、液泵A29、液泵C40和电磁阀E41分别连接信号处理系统5中的控制器34，所述废液监测装置24连接信号处理系统5中的PC机33。
实施时，沉淀过滤池22沉淀过滤的电池废液排入反应塔25，沉淀过滤池22与反应塔25之间设有废液监测装置24，废液监测装置24监测到[Fe(CN)6]-4浓度值和废液流量转化为电信号并传输至PC机33，PC机33会实时计算[Fe(CN)6]-4的剂量并将信号发送至控制器34，从而控制器34控制电磁阀D28的开合和液泵A29开合及功率的大小。
进一步，所述的储液罐C30、反应塔25、电磁阀D28、液泵A29通过串联的方式进行连接，储液罐C30内部储存的是氧化剂，储液罐C30的末端与液泵A29进行连接，液泵A29与反应塔25之间设有电磁阀D28。所述的储液罐C30内部的氧化剂经过液泵A29和电磁阀D28至反应塔25，反应塔25内部[Fe(CN)6]-4被氧化为[Fe(CN)6]-3。
进一步，纯化后的电池反应液经电池废液纯化装置26流至电池反应液罐27，电池反应液罐27的末端通过液体输送管与液体混合罐12相连，电池反应液罐27与液体混合罐12中间设置有液泵B31和单向阀32，当废液监测装置24监测到浓度值和废液流量转化为电信号并传输至PC机33，PC机33会实时计算液体的剂量，剂量当超出设定的阈值，PC机33将信号发送至控制器34，控制器34将控制信号发送至执行器液泵B31和单向阀32，控制液泵B31和单向阀32的开关，控制纯化后的电池液进入液体混合罐12进而完成电池液体的再循环利用。
进一步，如图1所示，所述信号处理系统5包括PC机33和控制器34，所述PC机33分别连接控制器34、电池反应液浓度传感器13、电压监测装置19和废液监测装置24，所述控制器34分别连接电池反应液水泵A8、电池阀A9、电池反应液水泵B10、电磁阀B11、混合液水泵17、电磁阀C18、液泵C40、电磁阀E41、电磁阀D28、液泵A29、液泵B31和单向阀32。
实施时，PC机33通过接受并处理反应液浓度自控系统2、新型铝-铁氰化钾金属电池组块3、废液处理循环利用系统4的反馈信号，PC机33将处理过的信号发送至控制器34，控制器34将控制指令信号发送至电池反应液补给系统1、新型铝-铁氰化钾金属电池组块3、废液处理循环利用系统4中的执行器，通过对执行器的开关进而达到对整个新型铝-铁氰化钾电池装置的电池稳定运作。
本发明在具体应用时，具体包括如下步骤：
(1)构建电池反应液补给系统1；
构建的电池反应液补给系统1，其主要的功能是电池反应液成分的储存和供给，分为NaOH电池反应液的补充通道和K3Fe(CN)3电池反应液的补充通道。NaOH电池反应液的补充通道包括储液罐A6、电池反应液水泵A8、电池阀A9、储液罐A6的末端与电池反应液水泵A8相连，电池反应液水泵A8与液体混合罐12的中间管道设有电池阀A9；K3Fe(CN)3电池反应液的补充通道包括储液罐B7、电池反应液水泵B10、电磁阀B11，储液罐B7的末端与电池反应液水泵B10相连，电池反应液水泵B10与液体混合罐12的中间管道设有电池阀B11。
当PC机33通过电池反应液浓度传感器13监测到液体混合室15中的混和液体的浓度比例失衡的信号时，PC机33会计算出需补充的储液罐A6、储液罐B7中的电池反应液NaOH/K3Fe(CN)3剂量，将信号传递控制器34，控制器34发出控制信号控制执行器电池反应液水泵A8、电池反应液水泵B10、电池阀A9、电磁阀B11的开闭，从而达到开闭电池反应液通路进而补充电池反应液NaOH/K3Fe(CN)3。
即从储液罐(储液罐A6、储液罐B7)的管路上引出电池反应液水泵(电池反应液水泵A8、电池反应液水泵B10)、电磁阀(电池阀A9、电磁阀B11)，串联连接的方式形成通道，通过信号处理系统的PC机33和控制器34发出的信号控制电池反应液水泵A8和电池反应液水泵B10、电池阀A9和电磁阀B11的开关进而完成对应电池反应液的补充；
(2)搭建反应液浓度自控系统2；
搭建反应液浓度自控系统2，主要功能是调配恒定比例的混合电池反应液为电池恒定的电压提供保障，反应液浓度自控系统2中液体混合罐12、混合液水泵17、电磁阀C18通过串联的方式形成补给通道，液体混合罐12内部装有电池反应液浓度传感器13，将信号采集并传输至PC机33，通过信号处理系统5中的PC机33和控制器34发出的信号控制电池反应液水泵(电池反应液水泵A8、电池反应液水泵B10)、电磁阀(电池阀A9、电磁阀B11)的开关进而完成电池反应液的流通；
实施时，当PC机33通过电压监测装置19接收到新型铝-铁氰化钾电池的电压低于设定的值，并将将信号处理并发送到控制器34，控制器34将控制信号发送至执行器混合液水泵17和电磁阀C18，控制混合液水泵17和电磁阀C18的开关进而控制电池反应液补充通道的开合，电池反应液可以通过混合液水泵17和电磁阀C18开起的时间对电池反应液剂量进行精准的控制，从而保证电池电压持续稳定输出。
进一步的，所述的液体混合罐12内部分设有液体混合室15、液体混合室15内设置有电池反应液浓度传感器13，电池反应液浓度传感器13监测到液体混合室15中的电池反应液浓度信号，将信号发送到PC机33，PC机会计算出需补充的电池反应液剂量，进而进行调整。
(3)设计新型铝-铁氰化钾金属电池组块3；
新型铝-铁氰化钾金属电池组块3中电压监测装置19实时反馈电压信号至PC机33，实施时，新型铝-铁氰化钾电池20的结构可以设置为新型铝-铁氰化钾电池20包括上盖板和底板，上盖板上设有电池反应液入口35，底板设有主流道和废液出口36，铝阳极37、碳毡阴极38依次放置在主流道上方；溶液进入主流道，从铝阳极37表面流过，与铝发生氧化反应；然后穿流过三维碳毡阴极38，由于铁氰化钾不需要用催化剂即可在碳表面发生还原反应，反应溶液在穿过三维碳毡阴极38时即发生还原反应；随后从废液出口36排出。
具体实施时，电压监测装置19通过监测电池电压判断是否排出电池废液并补充电池反应液，监测电压低于设定值，PC机33发送两路信号至控制器34，第一路信号经控制器34发出执行命令信息至执行器液泵C40和电磁阀E41，通过控制执行器液泵C40和电磁阀E41在一定时间段的开合来控制电池废液定量的排除；第二路信号经控制器34发出执行命令信息至执行器混合液水泵17和电磁阀C18，通过控制执行器混合液水泵17和电磁阀C18，在一定时间段的开合来控制电池反应液定量的补给。
(4)根据新型铝-铁氰化钾金属电池的废液构建废液处理循环利用系统4；
废液处理循环利用系统4中废液罐21、沉淀过滤池22、沉淀物收集器23、反应塔25、电池废液纯化装置26、电池反应液罐27、液泵B31和单向阀32通过串联的方式进行通道连接，新型铝-铁氰化钾电池20的废液排至废液罐21，废液经过沉淀过滤池22、沉淀物收集器23、电池废液纯化装置26重新得到低浓度的电池反应液并储存到电池反应液罐27，PC机33和控制器34信号控制液泵B31和单向阀32的开关完成电池反应液的循环。
实施时，当电压监测装置19通过监测电池电压，并反馈信号至PC机33，监测电压低于设定值，PC机33发送信号至控制器34，控制器34会控制液泵C40和电磁阀E41的开合进而控制位于新型铝-铁氰化钾电池20的电池废液39排至废液罐21，并完成电池废液的收集。废液罐21的末端连接沉淀过滤池22，电池废液经沉淀过滤池22沉淀过滤出电池反应液发电反应后产生的AI(OH)3沉淀物，AI(OH)3沉淀物收集器23处理并储存。
进一步的，经过沉淀过滤池22沉淀过滤的电池废液排入反应塔25，沉淀过滤池22与反应塔25之间设有废液监测装置24，废液监测装置24监测到[Fe(CN)6]-4浓度值和废液流量转化为电信号并传输至PC机33，PC机33会实时计算[Fe(CN)6]-4的剂量并将信号发送至控制器34，从而控制器34控制电磁阀D28的开合和液泵A29开合及功率的大小。
进一步的，储液罐C30、反应塔25、电磁阀D28、液泵A29通过串联的方式进行连接，储液罐C30内部储存的是氧化剂H2O2，储液罐C30的末端与液泵A29进行连接，液泵A29与反应塔25之间设有电磁阀D28。
进一步的，所述的储液罐C30内部的氧化剂经过液泵A29和电磁阀D28至反应塔25，反应塔25内部[Fe(CN)6]-4被氧化为[Fe(CN)6]-3。
进一步的，2K4[Fe(CN)6]+H2O2＝2K3[Fe(CN)6]+2KOH。
进一步的，所述的反应塔25的末端设有电池废液纯化装置26，电池废液纯化装置26将经沉淀过滤池22和反应塔25处理过的电池废液进一步纯化处理得到仅含有Na+、K+、(CH)6 -3、OH-1、[Fe(CN)6]-3纯化后的电池反应液。
进一步的，所诉的纯化后的电池反应液经电池废液纯化装置26流至电池反应液罐27，电池反应液罐27的末端通过液体输送管与液体混合罐12相连，电池反应液罐27与液体混合罐12中间设置有液泵B31和单向阀32，当废液监测装置24监测到浓度值和废液流量转化为电信号并传输至PC机33，PC机33会实时计算液体的剂量，剂量当超出设定的阈值，PC机33将信号发送至控制器34，控制器34将控制信号发送至执行器液泵B31和单向阀32，控制液泵B31、单向阀32的开关，控制纯化后的电池液进入液体混合罐12进而完成电池液体的再循环利用。
(5)信号处理系统5。
信号处理系统5中PC机33通过接受并处理反应液浓度自控系统2、新型铝-铁氰化钾金属电池组块3、废液处理循环利用系统4的反馈信号，PC机33将处理过的信号发送至控制器34，控制器34将控制指令信号发送至电池反应液补给系统1、新型铝-铁氰化钾金属电池组块3、废液处理循环利用系统4中的执行器，通过对执行器的开关进而达到对整个新型铝-铁氰化钾电池装置的电池稳定运作。
进一步的，当PC机33通过电池反应液浓度传感器13监测到液体混合室15中的混和液体的浓度比例失衡的信号时，PC机会计算出需补充的储液罐A6、储液罐B7中的电池反应液(NaOH/K3Fe(CN)3)剂量，将信号传递控制器34，控制器34发出控制信号控制执行器电池反应液水泵A8、电池反应液水泵B10、电池阀A9、电磁阀B11的开闭，从而达到开闭电池反应液通路进而补充电池反应液(NaOH/K3Fe(CN)3)。
进一步的，当PC机33通过电压监测装置19接收到新型铝-铁氰化钾电池的电压低于设定的值，并将将信号处理并发送到控制器34，控制器34将控制信号发送至执行器混合液水泵17和电磁阀C18，控制混合液水泵17和电磁阀C18的开关进而控制电池反应液补充通道的开合，电池反应液可以通过混合液水泵17和电磁阀C18开起的时间对电池反应液剂量进行精准的控制，从而保证电池电压持续稳定输出。
进一步的，当电压监测装置19通过监测电池电压，并反馈信号至PC机33，监测电压低于设定值，PC机33发送信号至控制器34，控制器34会控制液泵C40、电磁阀E41的开合进而控制位于新型铝-铁氰化钾电池20的电池废液沉淀区域内的电池废液39排至废液罐21，并完成电池废液的收集。
进一步的，经过沉淀过滤池22沉淀过滤的电池废液排入反应塔25，沉淀过滤池22与反应塔25之间设有废液监测装置24，废液监测装置24监测到浓度值和废液流量转化为电信号并传输至PC机33，PC机33会实时计算的剂量并将信号发送至控制器34，从而控制器34控制电磁阀D28的开合和液泵A29开合及功率的大小。
进一步的，当废液监测装置24监测到浓度值和废液流量转化为电信号并传输至PC机33，PC机33会实时计算液体的剂量，剂量当超出设定的阈值，PC机33将信号发送至控制器34，控制器34将控制信号发送至执行器液泵B31和单向阀32，控制液泵B31和单向阀32的开关，控制纯化后的电池液进入液体混合罐12进而完成电池液体的再循环利用。
本发明中的铝-铁氰化钾节能电池具有良好输出稳定电压效果，需要定期补充电池反应液体。此项工作主要是定期补充NaOH电池反应液和K3Fe(CN)3反应液，铝-铁氰化钾节能电池循环装置可通过多个传感器获得电池的实时状态，并通过信号处理系统控制调节执行器使电池溶液维持一定混合浓度从而获取长久稳定的输出电压。
反应溶液在穿过极板时即发生氧化还原反应，电池废液由废液出口排出，经过铝-铁氰化钾节能电池循环装置中的废液处理循环利用系统将废液中的进行过滤杂质纯化废液并将[(Fe(CN)6)]4-转化([Fe(CN)6]3-)得到含有Na+,K+,OH-,[Fe(CN)6]3-电池液，通过铝-铁氰化钾节能电池循环装置中的信号处理系统控制调节执行器将转化提纯后的电池废液补充至液体混合反应室，实现电池废液的循环利用，提升了电池反应液的利用效率，极大的节约成本，减少环境污染。
通过铝-铁氰化钾节能电池循环装置的加持，可以使铝-铁氰化钾节能电池液体稳定循环，能够使电池持续长时间工作，不易出现故障。且易于操作，维护方便等，适合大范围的推广和应用。
与现有技术相比，本发明较现有技术具有以下优点：
1、本发明的反应液采用氢氧化钠和铁氰化钾溶液的混合溶液，使用单股反应液，去除了传统燃料和氧化剂的隔膜(如质子交换膜)，使得电池的结构简单、成本降低。阳极采用铝，在强碱中即可发生反应，且市场成本低。碳毡阴极未使用了催化剂，降低了电池的成本。阴阳极的选择使得电池的结构简单、易于组装。与以往铝空电池不同，可以在缺少氧气的环境中工作，扩宽了铝作为阳极电池的应用范围。
2、结构简单，成本低廉，性能优异的铝-铁氰化钾电池，即以金属铝为阳极，可以更换铝片来增加电池的使用时间，相较于锂离子电池的充电时长，更换铝的时间极短，具体为以金属铝为阳极，可以更换铝片来增加电池的使用时间，相较于锂离子电池的充电时长，更换铝的时间极短；三维碳毡为电极材料，铁氰化钾为阴极氧化剂，铁氰化钾无需催化剂即可在碳上直接反应，利用碳毡三维空隙结构，有效利用其内部面积，增加电池的反应面积，使得电池性能得到提高；使用单股电解液，去除了传统的质子交换膜，使得电池的结构简单和成本大大降低，消除了燃料渗透、膜老化及阴极水淹等与质子交换膜有关的一系列技术难题等。
3、三维碳毡为电极材料，铁氰化钾为阴极氧化剂，铁氰化钾无需催化剂即可在碳上直接反应，利用碳毡三维空隙结构，有效利用其内部面积，增加电池的反应面积，使得电池性能得到提高。
4、使用单股电解液，去除了传统的质子交换膜，消除了燃料渗透、膜老化及阴极水淹等与质子交换膜有关的一系列技术难题。
5、输出电压稳定、续航能力强劲、电池生命长、电池反应液的利用率高。
本发明未详述部分为现有技术。
为了公开本发明的发明目的而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的，但是，应了解的是，本发明旨在包括一切属于本构思和发明范围内的实施例的所有变化和改进。
Claims (8)
1.一种铝-铁氰化钾节能电池循环装置，包括电池反应液补给系统(1)、反应液浓度自控系统(2)、新型铝-铁氰化钾金属电池组块(3)、废液处理循环利用系统(4)和信号处理系统(5)，其特征是：所述电池反应液补给系统(1)中的电池反应液水泵A(8)和电池反应液水泵B(10)的出口分别通过管道连接反应液浓度自控系统(2)中液体混合罐(12)的NaOH电池反应液腔(14)和K3Fe(CN)3电池反应液腔(16)，反应液浓度自控系统(2)中混合液水泵(17)的出口通过管道连接新型铝-铁氰化钾金属电池组块(3)中新型铝-铁氰化钾电池(20)的电池反应液入口(35)，新型铝-铁氰化钾电池(20)的废液出口(36)通过管道连接废液处理循环利用系统(4)中液泵C(40)的进液口，液泵C(40)的出液口通过管道连接废液罐(21)，废液处理循环利用系统(4)中液泵B(31)的出液口通过管道连接反应液浓度自控系统(2)中液体混合罐(12)的K3Fe(CN)3电池反应液腔(16)，信号处理系统(5)中的PC机(33)分别连接控制器(34)、反应液浓度自控系统(2)中液体混合罐(12)内的电池反应液浓度传感器(13)、新型铝-铁氰化钾金属电池组块(3)中的电压监测装置(19)、废液处理循环利用系统(4)中的废液监测装置(24)，所述控制器(34)分别连接混合液水泵(17)、液泵C(40)、液泵B(31)、电池反应液水泵A(8)和电池反应液水泵B(10)形成所述的铝-铁氰化钾节能电池循环装置。
2.根据权利要求1所述的铝-铁氰化钾节能电池循环装置，其特征是：所述电池反应液补给系统(1)包括储液罐A(6)、储液罐B(7)、电池反应液水泵A(8)、电池阀A(9)、电池反应液水泵B(10)和电磁阀B(11)，所述储液罐A(6)的出液口通过管道连接电池反应液水泵A(8)的进液口，电池反应液水泵A(8)的出液口通过管道连接电池阀A(9)，所述电池阀A(9)通过管道连接反应液浓度自控系统(2)中液体混合罐(12)的NaOH电池反应液腔(14)形成NaOH电池反应液的补充通道，所述储液罐B(7)的出液口通过管道连接电池反应液水泵B(10)的进液口，电池反应液水泵B(10)的出液口通过管道连接电磁阀B(11)，所述电磁阀B(11)通过管道连接反应液浓度自控系统(2)中液体混合罐(12)的K3Fe(CN)3电池反应液腔(16)形成K3Fe(CN)3电池反应液的补充通道，电池反应液水泵A(8)、电池阀A(9)、电池反应液水泵B(10)和电磁阀B(11)分别连接信号处理系统(5)中的控制器(34)。
3.根据权利要求1所述的铝-铁氰化钾节能电池循环装置，其特征是：所述反应液浓度自控系统(2)包括液体混合罐(12)、电池反应液浓度传感器(13)、混合液水泵(17)和电磁阀C(18)，所述液体混合罐(12)上设有NaOH电池反应液腔(14)、液体混合反应室(15)和K3Fe(CN)3电池反应液腔(16)三个腔体，所述液体混合反应室(15)内设有电池反应液浓度传感器(13)，所述电池反应液浓度传感器(13)连接信号处理系统(5)中的PC机(33)，液体混合反应室(15)通过管道连接混合液水泵(17)的进液口，混合液水泵(17)的出液口通过管道连接电磁阀C(18)，电磁阀C(18)通过管道连接新型铝-铁氰化钾金属电池组块(3)中新型铝-铁氰化钾电池(20)上的电池反应液入口(35)，所述混合液水泵(17)和电磁阀C(18)分别连接信号处理系统(5)中的控制器(34)，所述K3Fe(CN)3电池反应液腔(16)通过管道连接废液处理循环利用系统(4)中的液泵B(31)。
4.根据权利要求1所述的铝-铁氰化钾节能电池循环装置，其特征是：所述新型铝-铁氰化钾金属电池组块(3)包括电压监测装置(19)和新型铝-铁氰化钾电池(20)，所述新型铝-铁氰化钾电池(20)连接电压监测装置(19)，所述电压监测装置(19)连接信号处理系统(5)中的PC机(33)，新型铝-铁氰化钾电池(20)上的电池反应液入口(35)通过管道连接电磁阀C(18)，新型铝-铁氰化钾电池(20)上的废液出口(36)通过管道连接废液处理循环利用系统(4)中的液泵C(40)。
5.根据权利要求4所述的铝-铁氰化钾节能电池循环装置，其特征是：所述新型铝-铁氰化钾电池(20)包括电池箱、电池反应液入口(35)、废液出口(36)、铝阳极(37)和碳毡阴极(38)，在所述电池箱的下部设有隔板，通过隔板将电池箱分别上下两个腔体，在所述隔板上间隔设有复数个铝阳极(37)，在每两个铝阳极(37)之间分别设有碳毡阴极(38)，在电池箱的上部设有电池反应液入口(35)，在上腔体内灌装电池反应溶液，在电池箱下腔体的底部设有废液出口(36)，在下腔体内存储有电池废液(39)。
6.根据权利要求5所述的铝-铁氰化钾节能电池循环装置，其特征是：所述电池反应溶液为氢氧化钠和铁氰化钾的混合溶液。
7.根据权利要求1所述的铝-铁氰化钾节能电池循环装置，其特征是：所述废液处理循环利用系统(4)包括废液罐(21)、沉淀过滤池(22)、沉淀物收集器(23)、废液监测装置(24)、反应塔(25)、电池废液纯化装置(26)、电池反应液罐(27)、电磁阀D(28)、液泵A(29)、储液罐C(30)、液泵B(31)、单向阀(32)、液泵C(40)和电磁阀E(41)，所述液泵C(40)的进液口通过管道连接新型铝-铁氰化钾电池(20)上的废液出口(36)，液泵C(40)的出液口通过管道连接电磁阀E(41)，所述电磁阀E(41)通过管道连接废液罐(21)的进液口，废液罐(21)的出液口通过管道连接沉淀过滤池(22)，所述沉淀过滤池(22)分别通过管道连接沉淀物收集器(23)和废液监测装置(24)，所述废液监测装置(24)通过管道连接反应塔(25)，所述反应塔(25)分别通过管道连接电磁阀D(28)和电池废液纯化装置(26)，所述电磁阀D(28)通过管道连接液泵A(29)，所述液泵A(29)通过管道连接储液罐C(30)，所述电池废液纯化装置(26)通过管道连接电池反应液罐(27)，所述电池反应液罐(27)通过管道连接液泵B(31)，所述液泵B(31)通过管道连接单向阀(32)，所述单向阀(32)通过管道连接液体混合罐(12)上的K3Fe(CN)3电池反应液腔(16)，所述液泵B(31)、单向阀(32)、电磁阀D(28)、液泵A(29)、液泵C(40)和电磁阀E(41)分别连接信号处理系统(5)中的控制器(34)，所述废液监测装置(24)连接信号处理系统(5)中的PC机(33)。
8.根据权利要求1所述的铝-铁氰化钾节能电池循环装置，其特征是：所述信号处理系统(5)包括PC机(33)和控制器(34)，所述PC机(33)分别连接控制器(34)、电池反应液浓度传感器(13)、电压监测装置(19)和废液监测装置(24)，所述控制器(34)分别连接电池反应液水泵A(8)、电池阀A(9)、电池反应液水泵B(10)、电磁阀B(11)、混合液水泵(17)、电磁阀C(18)、液泵C(40)、电磁阀E(41)、电磁阀D(28)、液泵A(29)、液泵B(31)和单向阀(32)。
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