[發明專利]一種半燃料電池

無效

• 申請號: 200710300736.0
• 申請日: 2007-12-28
• 公開（公告）號: CN101242017A
• 公開（公告）日: 2008-08-13
• 發明（設計）人: 劉昌波;李福云;蘭曉輝;林革;劉銘;唐虎
• 申請（專利權）人: 中國航天科技集團公司第六研究院第十一研究所
• 主分類號: H01M12/06
• 分類號: H01M12/06;H01M8/00;H01M8/02;H01M4/86
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司
• 代理人: 王少文

技術領域

本發明涉及一種電池，尤其涉及一種半燃料電池。

背景技術

燃料電池是一種將持續供給的燃料和氧化劑中的化學能連續不斷地轉化成電能的電化學電池。以鋁作為陽極，并采用過氧化氫作為氧化劑的燃料電池叫做鋁/過氧化氫半燃料電池。鋁是地球上最豐富的金屬元素，其質量比容量可達2.98Ah/g，體積比容量可達8.04Ah/cm³；過氧化氫具有密度高、無毒、無污染、可長期貯存等特點；鋁與過氧化氫組合而成的半燃料電池具有如下優點：理論能量密度高；理論功率密度高；承受短時過載的能力強；陰極過電位小，效率高，一般＞65％，最高可以達到80％(或開路電壓達到約1.75V)；推進劑可以長期貯存；環境友好等。鋁和過氧化氫在半燃料電池中的反應機理主要包括電化學氧化和還原反應，以及三個有害的化學反應。電化學反應分為兩部分：陰極反應和陽極反應。反應方程如下：

陽極反應：2Al(s)+8OH^-(aq)→2AlO₂^-(aq)+4H₂O(l)+6e^-

陰極反應：3HO₂^-(aq)+3H₂O(l)+6e^-→9OH^-(aq)

總反應：??2Al(s)+3HO₂^-(aq)→2AlO₂^-(aq)+OH^-(aq)+H₂O(l)

陰極和陽極反應都是半反應，總電勢為3.18V。

有害的反應包括鋁的腐蝕反應、過氧化氫的分解反應，以及鋁/過氧化氫直接化學反應。

鋁的腐蝕反應：2Al(s)+2OH^-(aq)+2H₂O(l)＝2AlO₂^-(aq)+3H₂(g)

雖然此反應也是一種電化學反應，但并不產生電流。在此反應中鋁被浪費，產生了氫氣，從而降低了燃料電池的效率。

過氧化氫的分解反應：2H₂O₂(l)＝O₂(g)+2H₂O(l)

過氧化氫是一種活性很高的物質，在有污染物的情況下分解速度大大加快。此反應損耗了過氧化氫，也降低了燃料電池的效率。

鋁/過氧化氫直接反應：2Al(s)+3HO₂^-(aq)＝2AlO₂^-(aq)+OH^-(aq)+H₂O(l)

此反應看上去與總的電化學反應方程相同，但其機理完全不同。鋁和過氧化離子的接觸是產生這種化學反應的原因，在這個反應中，沒有電流在回路中產生。

上述三個有害反應的發生降低了電池的效率，因此在設計電池的流動系統時要盡量抑制有害反應的發生。

發明內容

本發明目的是提供一種利用鋁/過氧化氫的半燃料電池，其解決了背景技術半燃料電池尤其是鋁/過氧化氫半燃料電池轉換效率低、能量密度低、功率密度低的技術問題。

本發明的技術解決方案是：

一種半燃料電池，包括燃料電池本體1、電解質供應系統A、氧化劑供應系統B以及連接燃料電池本體1、電解質供應系統A和氧化劑供應系統B的蠕動泵10，其特殊之處是，所述燃料電池本體1包括可固連密封在一起的陽極殼體11、陰極殼體12以及設置在陽極殼體11和陰極殼體12之間的陽極系統和陰極系統；所述陽極系統包括設置在陽極殼體11內的電解質入口61、陽極接頭51和電解質出口71以及由內至外設置在陽極殼體11內側面的陽極21和陽極流道41；所述陰極系統包括設置在陰極殼體12內的氧化劑入口61、陰極接頭52和氧化劑出口72以及由內至外設置在陰極殼體12內側面的陰極流道42和膜陰極22；所述電解質供應系統A、蠕動泵10、電解質入口71、陽極流道41、電解質出口71構成電解質通路；所述氧化劑供應系統B、蠕動泵10、氧化劑入口62、陰極流道42、氧化劑出口72構成氧化劑通路；所述陽極21、陽極流道41和膜陰極22共同構成電解質的反應容腔，所述陰極殼體12、陰極流道42和膜陰極52共同構成氧化劑的反應容腔。