CN202231103U

CN202231103U - 一种镍锌无隔膜燃料电池装置

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Publication number: CN202231103U
Application number: CN2011202782946U
Authority: CN
Inventors: 黄小鸿
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-08-02
Filing date: 2011-08-02
Publication date: 2012-05-23
Anticipated expiration: 2021-08-02

Abstract

一种镍锌无隔膜燃料电池装置属电池领域，其目的是打破现有燃料电池模式，无需质子交换膜和提供燃料和氧气的复杂、昂贵的设备。在于有超声波发生器使电解液对电极产生空穴效应，并有循环电解液装置。本实用新型的设备简单、运行可靠、易维护，性价比高、比能量高。尤适用于电动汽车或其他电力装置。

Description

一种镍锌无隔膜燃料电池装置

技术领域

一种镍锌无隔膜燃料电池装置属电池领域，燃料电池是将燃料具有的化学能直接变为电能的发电装置，本实用新型提出的燃料电池尤适用于电动汽车或其他电力装置。

背景技术

传统的能源的利用有俩大弊病：一是储存于燃料中的化学能必须首先转变为热能后才能被变成机械能或电能，其所获得的效率只有33%-35%，一半以上的能量白白浪费掉；二是传统的能源的利用方式给环境造成了巨大的污染。

近几年来，全世界各国为了鼓励新能源车的研发不惜动用政府大量资金支持，甚至几大国之间都互相合作研发新能车，所以新能源车在这里就不必细讲，而现在新能源车最卡脖子的地方，就在于用什么作动力能源，也就是动力源的问题，除了石油燃料外，大家都在找新的汽车能源，由于生物能源与人类争粮食，搞过一段时间的生物能源已经沉静下去，最终大家的目光都集中在电池能源上，现在基本上95%以上都以电池电动车的研究为主，而大功率动力电池便成为各国竞相投入的研究对象。

电池以大类来分可分为：干电池（即一次性电池）.二次电池（也即充电电池）3.燃料电池（即加进燃料便可以持续发电的电池）。目前电动车基本上都集中在二次电池这个领域，而且主要集中在下面四大类动力电池上：

1、镉镍电池：镉镍电池是二战期间德国人首先发明的，具有价格相对低廉，使用寿命长（2000次循环寿命以上）耐过充过放、电池组一致性好，使用过程安全无污染，便于维护等优点，其不足之处是能量比不高，负极镉在生产过程中对人体和环境造成污染，基于这二个硬伤，这款电池不大受重视；

2、镍氢电池：镍氢电池是针对解决镉镍负极危害而研制出来的，它继承了镉镍电池优点的同时能量比也有所提高，可以说是比较好的一种电池，不足之处在于电压还是1.2V，与镉镍电池相比在性能和电池组寿命（1000次以上）方面稍有差距，大型动力电池应用实例很少，只在航模电动工具等小型动力电源以上应用。

3、铁锂电池具有体积小，重量轻以用高能量比和高电动势导优点，不足地方在于电池一致性差造成寿命短，价格偏高，安全性能无保障。

但是，锂电池作为动力源其几大缺点造成其没办法商业应用，首先是充电电池作为车用都有其极限性，慢充6-8个钟头，快充30分钟，到时每个快充站的占地都要有像一个大型停车场一样的场地，这是不现实的。而且快充会大大缩短电池寿命。第二，目前充一次电的电量满足不了需要。目前所有概念车都在30-60度电之间，续航能力不超过200公里，而经过多次充电后，电池容量下降以后续航能力会大大下降，满足不了长途需要，第三，安全性低，只要想想手机电池爆炸都能伤人，对于一个几百公斤的电池爆炸后的结果就可想而知。第四，制造成本高，由于锂是稀有金属，大规模应用后这种资源会更稀缺，成本只会越来越高，而且其中的隔膜技术现在只有美日掌握，造成隔膜成本也很高。

4、镍锌电池也被研制了百多年，其优点在于电动势高（1.6V）能量密度（120W/升以上）制造成本低，无污染等优势，它之所以没有得到大批量的应用，在于电极钝化问题长期得不到解决，造成使用寿命短（三百多次）同时电池组一致性差，在锌技晶问题没有彻底解决之前，不适宜应用，虽然近年来国内有企业和美国的一些研究人员合作，但技术还不成熟。

多年来，人们寻找到用燃料电池技术开发能源新方法。燃料电池是将一种储存在燃料和氧化剂的化学能直接变为电能的装置，当源源不断地向燃料电池供应燃料和氧化剂时，它可以连续发电。如：公开号为：CN89000A的“燃料电池装置”，它是通过向燃料供给燃料气体，向氧化剂极供给空气来发电的燃料电池，而空气要经过一系列设备的净化才能使用。又，公开号为：CN1388998A的“高分子电解质型燃料电池”，它具有高的分子电解质膜以及阳极和阴极，也向阳极提供燃料气体，向阴极提供空气，其中的设备也多和大。

依据电解质的不同，燃料电池分为碱性燃料电池（AFC）、磷酸型燃料电池（PAFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）、固体氧化物燃料电池(SOFC)\及质子交换膜燃料电池(PEMFC)等。燃料电池的理论能量转换率在95%以上，装置无论大小，其实际发电率可达40%-60%。装置为积木式结构，容量可小到只为手机供电，大到和目前的大型发电站相比。质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种新型、有远大前途的燃料电池，可广泛作为交通动力和小型电源装置来应用。而它由燃料电极（负极）、氧化电极（正极）和作为电解质的质子交换膜组成，质子交换膜是质子导电性聚合物系的膜，但是，质子交换膜的加工技术要求高，不易制造，成本高；供应燃料电极的燃料和氧化电极的氧气的装置复杂；所以，现在燃料电池的高技术、高要求、高成本使得燃料电池不能广泛应用。现在，各国都在致力于研究被预为21世纪继火电、水电、核电后的第四发电方式--燃料电池。

电动车电池技术的出路在燃料电池。美国很早就研制燃料电池，在氢燃料电池上投入几十亿美金，由于要用到铂金作催化剂，每个电池成本都在几十万人民币以上，因为制造成本太高，而且用氢作为燃料，其安全性解决不了。

发明内容

本实用新型提出的一种镍锌无隔膜燃料电池装置，其目的是打破现有燃料电池模式，无需质子交换膜和提供燃料和氧气的复杂、昂贵的设备，大大降低成本，提高性能。

本实用新型的技术方案是:采用镍锌电池的反应原理、应用超声波发生器解决电极的钝化问题，采用无隔膜避免充电电池充电时间长的问题，并配以循环电解液延长电池的寿命。

一种镍锌无隔膜燃料电池装置，包括镍锌电极和电解液，其特征在于有超声波发生器使电解液对电极产生空穴效应，并有循环电解液装置。

上述的一种镍锌无隔膜燃料电池装置，其特征在于所述的超声波发生器安装在装有电解液的箱体外壁面。

上述的一种镍锌无隔膜燃料电池装置，其特征在于所述的超声波发生器安装在装有电解液的电解液箱体的外底壁面。

以上所述的一种镍锌无隔膜燃料电池装置，其特征在于所述的循环电解液装置由电解液箱、电解液储存箱和泵组成，镍电极和锌电极分隔并相对悬空安装在电解液箱内，电解液箱有出口连通电解液储存箱，电解液储存箱的出口连通泵的进口，泵的出口连通电解液箱。

本实用新型的工作原理是，其产生电的原理与镍锌电池相同，最大不同之处是：现有镍锌电池需要用隔膜解决电极的钝化问题，本发明是利用超声波产生的空穴效应消除电极的钝化，所以不需要隔膜，还有电解液的不断循环和补充新的电解液，所以，本发明获得很好的效果。它将实现电动车电池大功率，续航时间长，安全、环保、低使用成本、低制造价格等方面要求；用途广泛，由于实现了大功率，续航时间长，除了应用于汽车行业之外，可以说在所有流动用电的地方和输变电线路拉不到的地方都可以使用，也即可以代替备用汽油发电机，这在国防工业、边远地区、民间用途都十分广泛。

附图说明

图1是一种镍锌无隔膜燃料电池设备的装配示意图。

图中：镍电极1、电解液2、锌电极3、超声波发生器4、电解液进口5、电解液储存箱6、泵进口管7、泵8、连通管9、泵出口管10、电解液箱11。

具体实施方式

现用一个具体事例说明本方案，图1显示了一种镍锌无隔膜燃料电池装置零件的结构和装配关系。镍锌无隔膜燃料电池由镍锌电极、电解液和泵组成，还有超声波发生器4产生超声波使电解液2震荡，并有循环电解液装置，超声波发生器安装在装有电解液的电解液箱11外底面。循环电解液装置由电解液箱11、电解液储存箱6和泵8组成，镍电极1和锌电极3分隔并相对悬空安装在电解液箱内，电解液箱有连通管9接通电解液储存箱。电解液储存箱的出口通过泵进口管7连通泵8的进口，泵的出口管10连通电解液箱11。新的电解液原料从电解液进口5加入电解液储存箱。

本方案已经过小试，具有以下各方面特点：

一、能量密度、功率密度极高：镍锌电池是现有几种常用电池中能量密度、功率密度较高的一种电池，能量密度为120W/L以上。锌作为金属燃料提供发电所需的电子流，理论数据为826安时/kg，在本燃料电池电解液配方中，空载电压为2V，即每公斤锌理论上可提供1.65度电，一个500kg约500升的电池如果装300kg锌，这部分可以为电池提供近500度电，而我们还可以在电解液中不断补充加入固体粉状燃料，在锌燃烧完这个过程中可以额外提供约300度电，按照目前概念电动车每100公里耗油12度电，这个电池足够小车行驶近7000公里以上才换锌燃料，目前实验室阶段由于材料问题及制造工艺全部由手工完成，指标较低，但也已达到40W/L，可以连续峰值放电5小时以上，而我们也已掌握可以提高能量密度及可使峰值放电持续到锌电极燃烧完的技术，所以，我们有把握实现达到理论值80%以上的指标。

二、使用安全，由于使用水性液体电解液，本燃料电池本身不怕短路，外接负载短路时电池本身也不会产生爆炸，使用完全安全。

三、环保、低使用成本，镍锌碱性电池已被联合国认证为绿色环保电池，而且本燃料电池所用锌燃料和电解液发电产生化学反应后生成的物质全部可回收，经过电解循环再用，其技术是成熟的化工工艺，回收再生过程主要消耗电能，换能比约为2：1，整个过程不消灭任何物质，只是把生产燃料的电能“输送”给汽车用，虽然换能效率只有50%，但是使用成本肯定比汽油便宜，要知道，有的地方发电成本每度才几分钱，100公里用到24度电才多少钱。

四、制造成本低，由于整个电池所使用的材料都是地球蕴藏量巨大的材料，资源丰富，所以整个电池造价极低，其中镍所占成本最高。而镍作为阳极集流体，是永远不消耗的，即使汽车报废，电池的价值还在。而由于我们成功研制出无隔膜消除锌极枝晶技术，使以往要上几万块的隔膜，用几千元就解决了，所以电池的成本只有锂电池的三到四分之一左右，而且寿命比汽车还长，所以利润空间十分巨大。

五、用途广泛，由于实现了大功率，续航时间长，除了应用于汽车行业之外，可以说在所有流动用电的地方和输变电线路拉不到的地方都可以使用，也即可以代替备用汽油发电机，这在国防工业、边远地区、民间用途都十分广泛。

Claims

1.一种镍锌无隔膜燃料电池装置，包括镍锌电极（1、3）和电解液（2），其特征在于有超声波发生器（4）使电解液（2）对电极产生空穴效应，并有循环电解液装置。

2.根据权利要求1所述的一种镍锌无隔膜燃料电池装置，其特征在于所述的超声波发生器（4）安装在装有电解液（2）的电解液箱（11）的外壁面。

3.根据权利要求1或2所述的一种镍锌无隔膜燃料电池装置，其特征在于所述的超声波发生器（4）安装在装有电解液（2）的电解液箱（11）的底面外壁。

4.根据权利要求1或2所述的一种镍锌无隔膜燃料电池装置，其特征在于所述的循环电解液装置由电解液箱（11）、电解液储存箱（6）和泵（8）组成，镍电极（1）和锌电极（3）分隔并相对悬空安装在电解液箱内，电解液箱有连通管（9）接通电解液储存箱（6），电解液储存箱有泵的进口管（7）连通泵的进口，泵的出口有出口管（10）连通电解液箱（11）。