CN201369117Y - 一体化再生燃料电池教学模具 - Google Patents

Abstract

一体化再生燃料电池教学模具，属于燃料电池教学模型技术领域。至少包括1个再生燃料电池、1个氢气储罐和水箱、1个氧气储罐和水箱、1个小电机、1个转换开关、1个四轮玩具小车托板。再生燃料电池包括阴极集流板、膜电极、密封垫、阳极集流板、电池夹板；膜电极的采用热转印的将催化剂、防水剂和质子导电剂组成的催化层转移到质子交换膜上，形成三合一零极距多孔膜电极；再生燃料电池固定于四轮玩具小车托板上，再生燃料电池的阴极集流板、阳极集流板分别连接在电源和小电机的双向开关上；氢气储罐和水箱、氧气储罐和水箱都固定在四轮玩具小车托板上。优点在于：达到了教学模型简洁、明了、直观的要求，有利于培养学生的学习兴趣，提高教学效果。

Description

一体化再生燃料电池教学模具

技术领域

本实用新型涉及燃料电池教学模型，尤其涉及一种一体化再生燃料电池教学模具。

背景技术

再生燃料电池(Regenerative Fuel Cell，即RFC)是在氢氧燃料电池的基础上发展起来的，是一种将燃料电池技术与水电解技术相结合的、具有极高比能量的新型储能系统，其比能量可高达400Wh·kg^-1以上，是目前最轻的高能二次电池比能量的几倍，在航空航天、通讯、军事等领域有极其广阔的应用前景。

再生燃料电池可分为分体式和一体式(Unitized Regenerative Fuel Cell，即URFC)，前者的燃料电池和水电解池是两个独立的装置，而后者的燃料电池和水电解池综合到同一个组件上。URFC在同一组件上既可实现燃料电池的功能，又可以实现电解水的功能，最大限度地提高了再生燃料电池的体积、质量比功率和比能量。再生燃料电池具有清洁环保、充电方便、无自放电、无放电深度以及电池容量的限制等优点，配合太阳能或风能可以实现自给工作。

目前一体化再生燃料电池技术是再生燃料电池中最先进的技术，也是国内外的研究热点和重点。为了直观、简洁明了的普及一体化再生燃料电池的科普知识，有必要制作相应的教学模型，让更多的人，特别是中小学生对燃料电池有一个初步的感性认识。目前，这种用于讲解一体化再生燃料电池工作原理的教学模具在国内还未见申请专利。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种既可电解水又可发电的一体化再生燃料电池工作原理的教学演示模型。

本实用新型的目的是这样实现的：一体化再生燃料电池教学模型至少包括1个再生燃料电池、1个氢气储罐和水箱、1个氧气储罐和水箱、1个小电机、1个转换开关、四轮玩具小车托板。

再生燃料电池是本实用新型的关键部件，它包括阴极集流板、膜电极、密封垫、阳极集流板以及电池夹板。膜电极的制备方法是：采用热转印的方法将催化剂、防水剂和质子导电剂组成的催化层转移到质子交换膜上，形成三合一零极距多孔膜电极，这种再生燃料电极具有疏水与亲水相互平衡的特点，既有利于作电解池时电解水的发生，也有利于作燃料电池时氢气和氧气进入多孔电极发生电化学反应，生成水并释放出电能。阴极集流板、阳极集流板起着收集、传导电流的作用，通常采用导电性能好、抗腐蚀性能好的金属材料；密封垫是用于防止产生的氢气和氧气外漏以及相互渗漏的作用，通常采用弹性较好的硅橡胶；电池夹板起到固定电极、内侧流场传导气体的作用，要求选用刚性好、透明的塑料，便于直观地观察电池内部的反应变化情况。电池夹板侧面的上侧有出气口，下侧有进水口。

再生燃料电池固定于四轮玩具小车托板上，再生燃料电池的阴极集流板、阳极集流板分别连接在电源和小电机的双向开关上，当开关扳向电源时，再生燃料电池就是电解池，电解水；当开关扳向小电机时，再生燃料电池就是燃料电池，消耗氢气和氧气，产生电能，带动电机，驱动小车前行。氢气储罐和水箱、氧气储罐和水箱都采用透明塑料做成，均固定在四轮玩具小车托板上。使用透明的塑料管将再生燃料电池两侧下部的进水口与氢气储罐、氧气储罐连接起来。

本实用新型的特点在于：教学模型的主要组成部分都采用透明材料，便于观察模型工作时的内部变化，同时，燃料电池产生的电能驱动小车前行，这些都达到了教学模型简洁、明了、直观的要求，本实用新型具有趣味性，有利于培养学生的学习兴趣，提高教学效果，更有效地普及燃料电池科学知识。

附图说明

图1是本实用新型的结构原理图。其中，小电机1、双向开关2、电源3、一体化再生燃料电池4、水气管5、氢气储罐6、氧气储罐7、水箱8。

具体实施方式

为了进一步阐明本实用新型的目的、技术方案以及优点，下面结合图1对本实用新型进行详细说明。

本实用新型一体化再生燃料电池教学模型的工作原理是：首先在水箱8中注入去离子水，将一体化再生燃料电池4两侧上侧的出气口处的橡胶塞取下，用洗耳球吸出电池4、水气管5以及储气罐6和7中的空气，使之充满去离子水，塞上出气口的橡胶塞。将本实用新型中的双向开关2扳向B点，电源3与电池4接通，此时电池4是电解池，电池中的水发生电解，分别在阳极和阴极产生氧气和氢气，产生的氧气和氢气排出水气管5、氢气储罐6和氧气储罐7中的水，储存在氢气储罐6和氧气储罐7中，当氢气储罐6中的氢气储存满后，会后氢气泡从水箱中冒出，此时将双向开关2扳离B点，电池4立即停止工作，不再产生气体。

电解池发生的电化学反应如下：

阳极反应：2H₂O-4e^-→O₂+4H⁺

阴极反应：4H⁺+4e^-→2H₂

全部反应：2H₂O→O₂+2H₂

将本实用新型中的双向开关2扳向A点，小电机1与电池4接通，此时电池4是燃料电池，消耗氢气和氧气，氢气储罐6和氧气储罐7中的氢气和氧气分别通过水气管5连续不断地到达电池4的阳极侧和阴极侧，同时向小电机1提供电能，小电机1带动小车连续前行。当储气罐中的气体被不断消耗时，水箱中的水会逐渐进入气体管路，直到气体被消耗完，气体管路中会充满了去离子水，燃料耗尽，小电机1停止工作，小车停止不前，这样本实用新型一体化再生燃料电池教学模型的演示完成。

燃料电池发生的电化学反应如下：

阴极反应：O₂+4H⁺+4e^-→2H₂O

阳极反应：2H₂-4e^-→4H⁺

全部反应：O₂+2H₂→2H₂O

Claims (4)

1、一体化再生燃料电池教学模具，至少包括1个再生燃料电池、1个氢气储罐和水箱、1个氧气储罐和水箱、1个小电机、1个转换开关、1个四轮玩具小车托板；其特征在于，再生燃料电池包括阴极集流板、膜电极、密封垫、阳极集流板、电池夹板；膜电极的采用热转印的将催化剂、防水剂和质子导电剂组成的催化层转移到质子交换膜上，形成三合一零极距多孔膜电极；再生燃料电池固定于四轮玩具小车托板上，再生燃料电池的阴极集流板、阳极集流板分别连接在电源和小电机的双向开关上；氢气储罐和水箱、氧气储罐和水箱都固定在四轮玩具小车托板上；使用透明的塑料管将再生燃料电池两侧下部的进水口与氢气储罐、氧气储罐连接起来。

2、按照权利要求1所述的教学模具，其特征在于，阴极集流板、阳极集流板采用导电性能好、抗腐蚀性能好的金属材料制成；密封垫采用弹性较好的硅橡胶制成；电池夹板用刚性好、透明的塑料制成。

3、按照权利要求1所述的教学模具，其特征在于，电池夹板侧面的上侧有出气口，下侧有进水口。

4、按照权利要求1所述的教学模具，其特征在于，氢气储罐和水箱、氧气储罐和水箱都采用透明塑料做成。