CN216720003U - 一种氢动力电池系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电池技术领域，公开了一种氢动力电池系统，包括电池本体、氢气存储罐、氧化剂存储罐、输出转换模块和控制系统，输出转换模块上布置有输出正极和输出负极，电池本体包括电池外壳、电池正极和电池负极，电池负极包括负极基带和储氢材料，电池正极包括正极基带和导电片，电池外壳内填充有碱性电解液，氢气存储罐与电池负极通过管道连通，氧化剂存储罐与电池正极通过管道连通。通过控制系统控制氢气存储罐、氧化剂存储罐向电池本体内输送氢气以及氧化剂，使电池处于带电状态，可以对外连续供电，采用添加燃料的方式使电池连续供电，省略了充电时间，同时电池上不需要贵重金属作为催化剂，降低了电池在新能源车辆上的应用成本。

Description

一种氢动力电池系统

技术领域

本实用新型涉及电池技术领域，特别是涉及一种氢动力电池系统。

背景技术

随着环保概念的普及，人们对清洁型新能源的需求也逐渐增加，发展新能源汽车以减少碳排放是环保的重要举措之一。现有的新能源汽车中，大部分采用锂离子电池，锂离子电池具有能量密度高、功率大等优点，但锂离子电池用在新能源汽车中存在以下问题：(1)汽车续航能力弱，需要随时充电；(2)充电时间长，充满一次的时间至少3小时以上；(3)在低温环境下续航里程缩水严重，基于以上几点，锂离子电池对新能源汽车的推广和普及带来阻碍。

燃料电池能弥补锂离子电池的缺点，燃料电池以氢气作为能量来源，通过氢气与氢气在催化剂上进行反应，将化学能直接转化为电能，产生无污染的水。采用氢燃料电池作为动力来源，使新能源汽车能像燃油车一样，通过加氢快速补充能量，跟加汽油类似。但燃料电池存在以下问题：(1)需要使用高纯度铂金作催化剂，铂是一种稀有贵金属，价格高，地球储量少，现全球探明储量仅7万吨，不适合大规模使用于工业中；(2)燃料电池本身无存储电量功能，在使用过程中，需要额外增加一个二次电池系统，导致成本高，严重制约着其推广应用。因此亟需开发一种新型电池系统来弥补锂离子电池和燃料电池在新能源汽车上应用时存在的充电时间长、应用成本高的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是：提供一种氢动力电池系统，以解决现有技术中的电池在新能源汽车上应用时充电时间长、应用成本高的问题。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种氢动力电池系统，包括电池本体、氢气存储罐、氧化剂存储罐、输出转换模块和控制系统，所述控制系统与所述氢气存储罐、氧化剂存储罐、输出转换模块分别信号连接，所述输出转换模块与所述电池本体电连接，所述输出转换模块上布置有用于向外输电的输出正极和输出负极，所述电池本体包括电池外壳、电池正极和电池负极，所述电池负极包括负极基带和布置在所述负极基带上的储氢材料，所述电池正极包括正极基带和布置在所述正极基带上的导电片，所述电池正极和所述电池负极之间由隔膜隔开，所述电池外壳内填充有碱性电解液，所述氢气存储罐与所述电池负极通过管道连通，所述氧化剂存储罐与所述电池正极通过管道连通。

优选地，所述储氢材料包括贮氢合金、碳纳米、石墨烯的至少一种。

优选地，所述导电片上还布置有氢氧化镍与导电剂，所述氢氧化镍与所述导电剂通过粘结剂固定在所述导电片上。

优选地，所述导电剂包括导电炭、石墨、氧化亚钴、镍粉。

优选地，所述碱性电解液的浓度为5－11mol/L。

优选地，所述隔膜布置有两层，两层所述隔膜之间布置有凝胶。

优选地，所述电池正极背离所述电池负极的一侧还布置有浸透膜，所述浸透膜贴合所述电池正极布置。

优选地，所述氧化剂存储罐内的正极氧化剂包括氧气、双氧水，次氯酸、臭氧。

优选地，所述电池外壳的底部还布置有排水口，所述排水口上还布置有仅供水分子通过的半透膜，所述排水口上连接有排水阀。

优选地，所述电池本体布置有两组，两组所述电池本体均与所述输出转换模块电连接，所述氢气存储罐与两组所述电池本体分别连通，所述氧化剂存储罐与两组所述电池本体分别连通。

本实用新型实施例一种氢动力电池系统与现有技术相比，其有益效果在于：电池负极由负极基带和储氢材料形成，电池外壳内填充碱性电解液，储氢材料能够在常温下吸收氢气，形成MH合金，该合金在碱性溶液中具有－0.8V的电势，放电时氧化剂在碱性溶液中具有正极电势，从而使电池本体通过输出转换模块向外输电，通过控制系统控制氢气存储罐、氧化剂存储罐向电池本体内输送氢气以及氧化剂，使电池处于带电状态，可以对外连续供电，采用添加燃料的方式使电池连续供电，省略了充电时间，同时电池上不需要贵重金属作为催化剂，降低了电池在新能源车辆上的应用成本。

附图说明

图1是本实用新型的氢动力电池系统的结构示意图；

图2是图1的氢动力电池系统的电池本体的结构示意图。

图中，1、氢气存储罐；2、氧化剂存储罐；3、输出转换模块；31、输出正极；32、输出负极；4、控制系统；5、电池本体；51、电池外壳；52、氢气进口；53、电池负极；54、隔膜；55、电池正极；56、浸透膜；57、氧化剂进口；58、排水口；581、半透膜；59、排水阀；6、管道；7、调节阀；8、减压阀；9、压力表；10、排水管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

本实用新型的一种氢动力电池系统的优选实施例，如图1与图2所示，该氢动力电池系统包括电池本体5、氢气存储罐1、氧化剂存储罐2、输出转换模块3和控制系统4，输出转换模块3与电池本体5电连接，输出模块上布置有用于向外输电的输出正极31和输出负极32，输出转换模块3用于将电池本体5产生的电量进行变压，并通过输出正极31以及输出负极32将电量传输至用电设备。

氢气存储罐1与电池负极53通过管道6连通，氧化剂存储罐2与电池正极55通过管道6连通，控制系统4与氢气存储罐1、氧化剂存储罐2、输出转换模块3分别信号连接。控制系统4可以控制氢气存储罐1、氧化剂存储罐2向电池本体5传输氢气、氧化剂的速率，同时控制输出转换模块3的输出功率。

电池本体5包括电池外壳51、电池正极55和电池负极53，电池外壳51为长方体结构，电池正极55和电池负极53沿上下方向间隔至在电池本体5内，电池正极55和电池负极53相互平行，电池负极53位于电池正极55的上侧，电池外壳51的顶部开设有氢气进口52，电池外壳51的底部开设有氧化剂进口57，氢气存储罐1与氢气进口52通过管道6连通，氧化剂存储罐2与氧化剂进口57通过管道6连通，各个管道6上均布置有调节阀7，控制系统4与调节阀7通过控制线连接，以控制调节阀7的开度，进而控制氧化剂、氢气的流量。

电池负极53包括负极基带和储氢材料，储氢材料布置在负极基带上。储氢材料通常为多种稀土元素或碳材料形成，用M代表，储氢材料能够在常温下吸收氢气，形成MH合金，此种材料在碱性溶液中(如氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液)，具有－0.8V的电势。

电池正极55包括正极基带和导电片，导电片布置在正极基带上，导电片用于传导电子，正极基带和负极基带起到承载作用，负极基带的材质通常包括铜网、发泡镍、钢带等，正极基带的材质通常包括发泡镍、钢带等。

电池正极55和电池负极53之间由隔膜54隔开，电池外壳51内填充有碱性电解液，隔膜54将电池正极55和电池负极53隔开，避免电池正极55和电池负极53直接接触，避免短路现象发生。电池负极53、电池正极55和隔膜54均布置在碱性电解液内，电池正极55和电池负极53通过碱性电解液传递电子，达到电流流动的目的。

氢气存储罐1上还布置有减压阀8和压力表9，减压阀8和压力表9均与控制系统4信号连接，通过压力表9将电科本体内的压力反馈给控制系统4，来实现对调节阀7的控制。

储氢材料在碱性电解液中产生负电势，氧化剂在碱性电解液储产生正电势。当电池正极55采用氢氧化镍活性物质，氧化剂采用双氧水时，电池正极55和电池负极53的反应原理为，

充电反应为：

负极2M+H₂＝2MH；

正极：2Ni(OH)₂+H₂O₂＝2NiOOH+2H₂O；

对外放电的反应为：

负极MH+OH^－＝H₂O+M+e；

正极NiOOH+H₂O＝Ni(OH)₂+OH—e。

从以上反应可以看出，其实总反应为H₂+H₂O₂＝2H₂，即外加的氢气与双氧水发生反应，产生电能。

氢氧化镍在氧化剂的作用下，会生成羟基氧化镍，羟基氧化镍在碱性溶液中具有0.4V的电势。当电池的电压大于等于1.4V/单体时，则认为已经充满电，当电池的电压少于等于0.9V/单体时，则认为电池无电量。

当电池正极55采用金属材料，不涂覆氢氧化镍活性物质时，电池正极55没有活性物质，充电时无任何反应发生，当电池的电压大于等于0.8V/单体时，则认为已经充满电，当电池的电压少于等于0.5V/单体时，则认为电池无电量。放电时的原理为：

正极：O₂+H₂O＝OH—e；

负极：MH+OH^－＝H₂O+M+e。

该电池系统无需外部充电，而是采用添加燃料的方式，使其处于带电状态，可以对外连续供电，中间无间隔。在实际使用过程中，系统分成两个独立的空间，中间使用隔膜54隔开，往负极一侧的空间中注入氢气，正极一侧加入氧化剂从而使系统带电，省略了充电时间，同时电池上不需要贵重金属作为催化剂，降低了电池在新能源车辆上的应用成本。

优选地，储氢材料包括贮氢合金、碳纳米、石墨烯的至少一种。

储氢材料的作用是在常温下吸收氢气，形成MH合金，此种材料在碱性溶液中(如氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液)，具有－0.8V的电势。贮氢合金、碳纳米、石墨烯作为常用的储氢材料，技术成熟，产生的电压的稳定性好。

优选地，导电片上还布置有氢氧化镍与导电剂，氢氧化镍与导电剂通过粘结剂固定在导电片上。

导电剂可以增加电量的流通，减小电量损耗。氢氧化镍形成电池正极55的活性剂，充电时在碱性电解液中与氧化剂反应可以生成过氧化镍和电子，产生电势；而以氢氧化镍作为活性剂，可以增加电池正极55的电势，从而提高电池系统的电量。

优选地，导电剂包括导电炭、石墨、氧化亚钴、镍粉。

导电剂作用是增加电池正极55的电量流通，减小电量损耗，导电炭、石墨、氧化亚钴、镍粉作为导电剂的导电效果好。

在本实施例中，粘结剂的材质为CMC(羧甲基纤维素钠)、PTFE(Poly tetrafluoroethylene聚四氟乙烯聚四氟乙烯)、SBR(Styrene-butadiene rubber，丁苯橡胶)等。

优选地，碱性电解液的浓度为5－11mol/L。

5－11mol/L浓度的碱性电解液的反应效率高，在本实施例中，碱性电解液的最佳浓度为7mol/L。碱性电解液可以为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液等。

优选地，隔膜54布置有两层，两层隔膜54之间布置有凝胶。

隔膜54用于隔离电池正极55和电池负极53，避免短路现象发生；隔膜54的另一个作用是储存碱性电解液，利用碱性电解液传递电子，达到电流的目的。

隔膜54的主要成分包括PP(聚丙烯)、PE(聚乙烯)等，凝胶的为PVA(聚异丙醇)凝胶，凝胶可以隔绝电池正极55与电池负极53之间的气体流动，电池负极53的氢气不会扩散到电池正极55，电池正极55的不会扩散到电池负极53，凝胶可以增加隔膜54的隔离作用。

优选地，电池正极55背离电池负极53的一侧还布置有浸透膜56，浸透膜56贴合电池正极55布置。

浸透膜56为耐碱吸水的纤维产品，如PP(聚丙烯)、PE(聚乙烯)等材料制成的膜。浸透膜56是一种耐碱限位材料，用于电池正极55，电池正极55的一面贴着隔膜54、另一面贴着浸透膜56，在浸透膜56上滴入氧化剂，浸透膜56能够将氧化剂渗透到整个电池正极55，使电池正极55上的氢氧化镍被氧化成羟基氧化镍。

优选地，氧化剂存储罐2内的正极氧化剂包括氧气、双氧水，次氯酸、臭氧。

氧气、双氧水，次氯酸、臭氧作为氧化剂的活性高，同时制作方便，作为氧化剂的成本低。

优选地，电池外壳的底部还布置有排水口58，排水口58上还布置有仅供水分子通过的半透膜581，排水口58上连接有排水阀59。

排水口58上布置有排水管10，排水阀59安装在排水管10的顶端。半透膜581具有离子阻拦功能，只能供水分子通过，其他离子无法通过，避免碱性电解液流失。半透膜581的材料包括聚酴胺膜等。

电池本体5的总反应会生成水，生成的水可通过排水口58排出，保证电池本体5内的碱性电解液的浓度。半透膜581的主要用途是将电池系统中反应的水及时排出，因产生水的量很少，所以不需要用压力去排放，只需利用半透膜581能使水渗透到外表的功能，水渗透到外边外表，在空气中会被蒸发，利用外表与系统内部的浓度差来排放水。

排水口58以及其上的半透膜581布置在电池本体5的底部，电池本体5内的碱性电解液具有一定的重量，对膜有一定的压力，能使水缓慢渗透到外部。同时碱性电解液在电池本体5中是处于过量的状态，其主要存储在隔膜54、电池负极53、电池正极55中，但是还有部分会储存在电池本体5的底部，并且电池系统在充放电过程中会产生水，这些水也会在电池系统底部堆积，对半透膜581施加压力，便于水经过半透膜581渗透后挥发。

由于产生的水量很少，利用碱性电解液以及水的压力即可使水渗透到半透膜581外表，在空气中会被蒸发，利用半透膜581外表与电池本体5内部的浓度差来排放水。

优选地，电池本体5布置有两组，两组电池本体5均与输出转换模块3电连接，氢气存储罐1与两组电池本体5分别连通，氧化剂存储罐2与两组电池本体5分别连通。

电池本体5有两组，可以起到一备一用的作用。定义两组电池本体5分别为电池A和电池B，当电池A电量降低后，控制系统4可以控制氢气存储罐1、氧化剂存储罐2向电池A内补充氢气、氧化剂进行充电，同时控制电池B与输出转换模块3电连接以进行稳定的电源输出。

电池A和电池B与氢气存储罐1、氧化剂存储罐2连接的管道6上均布置有调节阀7，控制系统4通过控制调节阀7的状态调整电池A、电池B与氢气存储罐1、氧化剂存储罐2的连接情况。

控制系统4内包含有阀门控制中枢，阀门控制中枢通过PLC程序采集输出控制模块的电池A和电池B的切换信息，来控制调节阀7、排水阀59的开启与关闭，当电池B输出电源时，电池A的调节阀7开启、排水阀59关闭，电池A补充能量；当电池A输出电源时，电池B的调节阀7开启、排水阀59关闭，电池B补充能量，两个电池的排水阀59每循环10－20次开启一次进行排水。

控制系统4的工作原理为，控制系统4内布置有IC元器件，当电池A电压低于下限电压时，电路反馈到IC元器件，IC元器件发出指定，采用气缸形式，电池A的调节阀7开启、排水阀59关闭，同时监控电池A电压，当电压达到上限电压时，反馈到IC元器件，IC发出指令，采用气缸形式将调节阀7关闭。此时电池B正在放电过程中，电路对电池B电压进行监控，当电池B电压低于下限电压时，重复前述电池A的操作。

下面根据实施例对本实用新型的电池系统做详细说明：

实施例1，

电池A和电池B的制作：

电池负极53中充氢气时，2M+H₂＝2MH；

电池正极55中加氧化剂时，2Ni(OH)₂+H₂O₂＝2NiOOH+2H₂O；

对外放电的反应为：

电池负极53，MH+OH^－＝H₂O+M+e；

电池正极55，NiOOH+H₂O＝Ni(OH)₂+OH—e。

在电池充放电过程中，碱性电解液中的氢氧根离子一直保持原有的量，本质是外加的氢气与外加的氧化剂反应，生产水。

电池制作时，电池负极53采用AB₅型储氢合金作为活性物质，将12克储氢合金粉末(D50＝49微米)其填充到铜网中，以20Mpa的压力将其压实，做成负极片，尺寸为50mm＊200mm＊0.55mm。

电池正极55使用10克球形氢氧化镍为活性物质，添加5％氧化亚钴为导电剂，将其填充到发泡镍中，以20Mpa的压力将其压实，做成正极片，尺寸50mm＊200mm＊0.6mm。

电池正极55与电池负极53之间的隔膜54采用PP材料，隔膜54的分切尺寸为52mm＊205mm。浸透膜56采用PP材料，分切尺寸为52mm＊205mm。

电池组装：

将以上材料按照浸透膜56、正极片、隔膜54、负极片的顺序叠放入电池外壳51内，其中放入隔膜54后并且放负极片前向隔膜54中滴入7mol/L的氢氧化钾溶液5.0g作为碱性电解液，然后将电池外壳51封口。

系统装配：

将制作好的电池A和电池B装入电池系统内，通过开启两个电池本体5的管路上的调节阀7分别向两个电池内的浸透膜56导入5.0ml双氧水；关闭排水阀59，分别向两个电池中通入氢气，保持电池内部气压在0.05MPa维持15min，电池A和电池B切换时间为0.2小时，保证在一只电池未完全放完电时切换到另一只电池进行放电，然后通过输出转换模块3后在外电路接上负载的条件下，得到1.2V的稳定电压输出。

实施例2，

电池A和电池B的制作：

电池负极53采用碳纳米作为活性物质，将12克碳纳米其填充到铜网中，以20Mpa的压力将其压实，做成负极片，尺寸为50mm＊200mm＊0.55mm。

电池正极55使用10克球形氢氧化镍为活性物质，添加5％氧化亚钴为导电剂，将其填充到发泡镍中，以20Mpa的压力将其压实，做成正极片，尺寸50mm＊200mm＊0.6mm。

电池正极55与电池负极53之间的隔膜54采用PP材料，隔膜54的分切尺寸为52mm＊205mm。浸透膜56采用PP材料，分切尺寸为52mm＊205mm。

电池组装：

将以上材料按照浸透膜56、正极片、隔膜54、负极片的顺序叠放入电池外壳51内，其中放入隔膜54后并且放负极片前向隔膜54中滴入7mol/L的氢氧化钾溶液6.0g作为碱性电解液，然后将电池外壳51封口。

系统装配：

将制作好的电池A和电池B装入电池系统内，通过开启两个电池本体5的管路上的调节阀7分别向两个电池内的浸透膜56导入4.0ml双氧水；关闭排水阀59，分别向两个电池中通入氢气，保持电池内部气压在0.05MPa维持15min，电池A和电池B切换时间为0.15小时，保证在一只电池未完全放完电时切换到另一只电池进行放电，然后通过输出转换模块3后在外电路接上负载的条件下，得到1.2V的稳定电压输出。

实施例5，

电池A和电池B的制作：

电池负极53采用La－Y－Ni型储氢合金作为活性物质，将12克储氢合金粉末(D50＝49微米)其填充到铜网中，以20Mpa的压力将其压实，做成负极片，尺寸为50mm＊200mm＊0.55mm。

电池正极55使用10克球形氢氧化镍为活性物质，添加5％氧化亚钴为导电剂，将其填充到发泡镍中，以20Mpa的压力将其压实，做成正极片，尺寸50mm＊200mm＊0.6mm。

电池正极55与电池负极53之间的隔膜54采用PP材料，分切尺寸为52mm＊205mm。浸透膜56采用PP材料，分切尺寸为52mm＊205mm。

电池组装：

将以上材料按照浸透膜56、正极片、隔膜54、负极片的顺序叠放入电池外壳51内，其中放入隔膜54后并且放负极片前向隔膜54中滴入7mol/L的氢氧化钾溶液5.5g作为碱性电解液，然后将电池外壳51封口。

系统装配：

将制作好的电池A和电池B装入电池系统内，通过开启两个电池本体5的管路上的调节阀7分别向两个电池内的浸透膜56导入5.0ml双氧水；关闭排水阀59，分别向两个电池中通入氢气，保持电池内部气压在0.05MPa维持15min，电池A和电池B切换时间为0.2小时，保证在一只电池未完全放完电时切换到另一只电池进行放电，然后通过输出转换模块3后在外电路接上负载的条件下，得到1.2V的稳定电压输出。

实施例4，

电池A和电池B的制作：

电池负极53采用La－Mg－Ni型储氢合金作为活性物质，将12克储氢合金粉末(D50＝49微米)其填充到铜网中，以20Mpa的压力将其压实，做成负极片，尺寸为50mm＊200mm＊0.55mm。

电池正极55使用10克球形氢氧化镍为活性物质，添加5％氧化亚钴为导电剂，将其填充到发泡镍中，以20Mpa的压力将其压实，做成正极片，尺寸50mm＊200mm＊0.6mm。

电池正极55与电池负极53之间的隔膜54采用PP材料，分切尺寸为52mm＊205mm。浸透膜56采用PP材料，分切尺寸为52mm＊205mm。

电池组装：

将以上材料按照浸透膜56、正极片、隔膜54、负极片的顺序叠放入电池外壳51内，其中放入隔膜54后并且放负极片前向隔膜54中滴入7mol/L的氢氧化钾溶液6.5g作为碱性电解液，然后将电池外壳51封口。

系统装配：

将制作好的电池A和电池B装入电池系统内，通过开启两个电池本体5的管路上的调节阀7分别向两个电池内的浸透膜56导入5.5ml双氧水；关闭排水阀59，分别向两个电池中通入氢气，保持电池内部气压在0.05MPa维持15min，电池A和电池B切换时间为0.2小时，保证在一只电池未完全放完电时切换到另一只电池进行放电，然后通过输出转换模块3后在外电路接上负载的条件下，得到1.2V的稳定电压输出。

实施例5，

电池A和电池B的制作：

电池负极53采用AB₅型储氢合金作为活性物质，将12克储氢合金粉末(D50＝49微米)其填充到铜网中，以20Mpa的压力将其压实，做成负极片，尺寸为50mm＊200mm＊0.55mm。

电池正极55使用10克覆钴球形氢氧化镍为活性物质，将其填充到发泡镍中，以20Mpa的压力将其压实，做成正极片，尺寸50mm＊200mm＊0.6mm。

电池正极55与电池负极53之间的隔膜54采用PP材料，隔膜54的分切尺寸为52mm＊205mm。浸透膜56采用PP材料，分切尺寸为52mm＊205mm。

电池组装：

将以上材料按照浸透膜56、正极片、隔膜54、负极片的顺序叠放入电池外壳51内，其中放入隔膜54后并且放负极片前向隔膜54中滴入7mol/L的氢氧化钾溶液5.0g作为碱性电解液，然后将电池外壳51封口。

系统装配：

将制作好的电池A和电池B装入电池系统内，通过开启两个电池本体5的管路上的调节阀7分别向两个电池内的浸透膜56导入5.0ml次氯酸；关闭排水阀59，分别向两个电池中通入氢气，保持电池内部气压在0.05MPa维持15min，电池A和电池B切换时间为0.2小时，保证在一只电池未完全放完电时切换到另一只电池进行放电，然后通过输出转换模块3后在外电路接上负载的条件下，得到1.2V的稳定电压输出。

实施例6，

电池A和电池B的制作：

电池负极53采用AB₅型储氢合金作为活性物质，将12克储氢合金粉末(D50＝49微米)其填充到铜网中，以20Mpa的压力将其压实，做成负极片，尺寸为50mm＊200mm＊0.55mm。

电池正极55使用10克覆钴球形氢氧化镍为活性物质，将其填充到发泡镍中，以20Mpa的压力将其压实，做成正极片，尺寸50mm＊200mm＊0.6mm。

电池正极55与电池负极53之间的隔膜54采用PP材料，隔膜54的分切尺寸为52mm＊205mm。浸透膜56采用PP材料，分切尺寸为52mm＊205mm。

电池组装：

将以上材料按照浸透膜56、正极片、隔膜54、负极片的顺序叠放入电池外壳51内，其中放入隔膜54后并且放负极片前向隔膜54中滴入7mol/L的氢氧化钾溶液5.0g作为碱性电解液，然后将电池外壳51封口。

系统装配：

将制作好的电池A和电池B装入电池系统内，通过开启两个电池本体5的管路上的调节阀7分别向两个电池内的浸透膜56导入5.0ml臭氧；关闭排水阀59，分别向两个电池中通入氢气，保持电池内部气压在0.05MPa维持15min，电池A和电池B切换时间为0.2小时，保证在一只电池未完全放完电时切换到另一只电池进行放电，然后通过输出转换模块3后在外电路接上负载的条件下，得到1.2V的稳定电压输出。

实施例7，

电池A和电池B的制作：

电池负极53采用AB₅型储氢合金作为活性物质，将12克储氢合金粉末(D50＝49微米)其填充到铜网中，以20Mpa的压力将其压实，做成负极片，尺寸为50mm＊200mm＊0.55mm。

电池正极55使用金属镍片(仅起导电作用，其他金属片、碳材质导电片效果也能起同样的效果)，尺寸50mm＊200mm＊0.08mm。

电池正极55与电池负极53之间的隔膜54采用PP材料，隔膜54的分切尺寸为52mm＊205mm。浸透膜56采用PP材料，分切尺寸为52mm＊205mm。

电池组装：

将以上材料按照浸透膜56、正极片、隔膜54、负极片的顺序叠放入电池外壳51内，其中放入隔膜54后并且放负极片前向隔膜54中滴入7mol/L的氢氧化钾溶液5.0g作为碱性电解液，然后将电池外壳51封口。

系统装配：

将制作好的电池A和电池B装入电池系统内，通过开启两个电池本体5的管路上的调节阀7分别向两个电池内的浸透膜56导入5.0ml双氧水；关闭排水阀59，分别向两个电池中通入氢气，保持电池内部气压在0.05MPa维持15min，电池A和电池B切换时间为0.2小时，保证在一只电池未完全放完电时切换到另一只电池进行放电，然后通过输出转换模块3后在外电路接上负载的条件下，得到1.2V的稳定电压输出。

实施例8，

电池A和电池B的制作：

电池负极53采用AB₅型储氢合金作为活性物质，将12克储氢合金粉末(D50＝49微米)其填充到铜网中，以20Mpa的压力将其压实，做成负极片，尺寸为50mm＊200mm＊0.55mm。

电池正极55使用10克球形氢氧化镍为活性物质，添加5％氧化亚钴为导电剂，将其填充到发泡镍中，以20Mpa的压力将其压实，做成正极片，尺寸50mm＊200mm＊0.6mm。

电池正极55与电池负极53之间的隔膜54采用PP材料，分切尺寸为52mm＊205mm。浸透膜56采用PP材料，分切尺寸为52mm＊205mm。

电池组装：

将以上材料按照浸透膜56、正极片、隔膜54、负极片的顺序叠放入电池外壳51内，其中放入隔膜54后并且放负极片前向隔膜54中滴入7mol/L的氢氧化钾溶液5.0g作为碱性电解液，然后将电池外壳51封口，与实施例1不同的是，采用双层隔膜54，双层隔膜54中间涂覆PVA凝胶。

系统装配：

将制作好的电池A和电池B装入电池系统内，通过开启两个电池本体5的管路上的调节阀7分别向两个电池内的浸透膜56导入5.0ml双氧水；关闭排水阀59，分别向两个电池中通入氢气，保持电池内部气压在0.05MPa维持15min，电池A和电池B切换时间为0.2小时，保证在一只电池未完全放完电时切换到另一只电池进行放电，然后通过输出转换模块3后在外电路接上负载的条件下，得到1.2V的稳定电压输出。

对比例1

将16g三元正极锂电材料与1g导电碳、1gPVDF、15gNMP溶液混合搅拌均匀涂敷到铝箔上，将17g石墨与1g导电碳、0.2gCMC、15g水混合搅拌均匀，涂敷到铜箔上，采用cegard 25隔膜，卷绕装入钢壳，注入18g 1mo/L的六氟磷酸锂溶液，封口化成，得到锂离子电池。

对比例2

电池负极采用AB₅型储氢合金作为活性物质，将12克储氢合金粉末(D50＝49微米)其填充到铜网中，以20Mpa的压力将其压实，做成负极片，尺寸为50mm＊200mm＊0.55mm。

隔膜采用PP材料，尺寸为52mm＊520mm＊0.018mm。

电池正极使用10克球形氢氧化镍为活性物质，添加5％氧化亚钴为导电剂，将其填充到发泡镍中，以20Mpa的压力将其压实，做成正极片，尺寸50mm＊160mm＊0.65mm。

将以上组件卷绕后组装到电池外壳内，注入7mol/L的氢氧化钾溶液5.0g，封口化成，得到镍氢电池。

对比例5

将0.02g铂金、0.2g氧化钇棒、电解质隔膜(以石棉(Asbestos)膜、碳化硅SiC膜、铝酸锂(LiAlO5)膜等绝缘材料制成多孔隔膜)压制成双极板，再将双极板组装得到燃料电池。

上述对比例和实施例的性能与成本见下表：

从以上数据可以看出，使用新型的氢动力电池系统，比原来燃料电池的成本显著降低；采用碳纳米作为负极，能量密度会降低；使用双层隔膜及涂覆PVA凝胶的能源系统，能量密度显著提高，原因为隔膜的隔离效果好，电池负极的氢气不会到电池正极，不会将电池正极还原，电池正极的氧化剂不会到电池负极，不会氧化电池负极，所以电池正极以及电池负极能发挥出最大的容量。

综上，本实用新型实施例提供一种氢动力电池系统，其电池负极由负极基带和储氢材料形成，电池外壳内填充碱性电解液，储氢材料能够在常温下吸收氢气，形成MH合金，该合金在碱性溶液中具有－0.8V的电势，放电时氧化剂在碱性溶液中具有正极电势，从而使电池本体通过输出转换模块向外输电，通过控制系统控制氢气存储罐、氧化剂存储罐向电池本体内输送氢气以及氧化剂，使电池处于带电状态，可以对外连续供电，采用添加燃料的方式使电池连续供电，省略了充电时间，同时电池上不需要贵重金属作为催化剂，降低了电池在新能源车辆上的应用成本。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种氢动力电池系统，其特征在于，包括电池本体、氢气存储罐、氧化剂存储罐、输出转换模块和控制系统，所述控制系统与所述氢气存储罐、氧化剂存储罐、输出转换模块分别信号连接，所述输出转换模块与所述电池本体电连接，所述输出转换模块上布置有用于向外输电的输出正极和输出负极，所述电池本体包括电池外壳、电池正极和电池负极，所述电池负极包括负极基带和布置在所述负极基带上的储氢材料，所述电池正极包括正极基带和布置在所述正极基带上的导电片，所述电池正极和所述电池负极之间由隔膜隔开，所述电池外壳内填充有碱性电解液，所述氢气存储罐与所述电池负极通过管道连通，所述氧化剂存储罐与所述电池正极通过管道连通。

2.根据权利要求1所述的氢动力电池系统，其特征在于，所述储氢材料包括贮氢合金、石墨烯的一种。

3.根据权利要求1所述的氢动力电池系统，其特征在于，所述导电片上还布置有氢氧化镍与导电剂，所述氢氧化镍与所述导电剂通过粘结剂固定在所述导电片上。

4.根据权利要求1所述的氢动力电池系统，其特征在于，所述碱性电解液的浓度为5－11mol/L。

5.根据权利要求1所述的氢动力电池系统，其特征在于，所述隔膜布置有两层，两层所述隔膜之间布置有凝胶。

6.根据权利要求1－5任一项所述的氢动力电池系统，其特征在于，所述电池正极背离所述电池负极的一侧还布置有浸透膜，所述浸透膜贴合所述电池正极布置。

7.根据权利要求1－5任一项所述的氢动力电池系统，其特征在于，所述电池外壳的底部还布置有排水口，所述排水口上还布置有仅供水分子通过的半透膜，所述排水口上连接有排水阀。

8.根据权利要求1－5任一项所述的氢动力电池系统，其特征在于，所述电池本体布置有两组，两组所述电池本体均与所述输出转换模块电连接，所述氢气存储罐与两组所述电池本体分别连通，所述氧化剂存储罐与两组所述电池本体分别连通。

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