[發明專利]用于水下的金屬-氧氣電池系統的氧氣自動補給控制裝置

有效

• 申請號: 200910248484.0
• 申請日: 2009-12-16
• 公開（公告）號: CN102104183A
• 公開（公告）日: 2011-06-22
• 發明（設計）人: 孫公權;舒朝著;楊少華;秦兵;王素力
• 申請（專利權）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: H01M12/06
• 分類號: H01M12/06
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳;周秀梅

技術領域

本發明涉及水下電源系統，尤其是一種應用于水下的金屬-氧氣電池系統，具體的說是金屬-氧氣電池系統的氧氣自動補給控制裝置。

背景技術

近年來，隨著科技的進步，人們對海洋資源的認識有了進一步的提高，海洋工程技術也取得了很大的發展，海洋開發越來越成為許多國家的重要戰略計劃。海洋遙感技術，海洋導航技術，深海探測技術，以及海洋軍事技術等都離不開電源。由于海下實際工況的特殊性和復雜性，目前常規的一次電池和二次電池(如鉛酸電池，鎳氫電池，銀鋅電池，鋰離子電池等)難以滿足新型水下設備對長壽命，高容量，安全可靠電源的需求。

典型的金屬-氧氣電池包括金屬陽極，氧氣陰極，以及填充在陽極和陰極之間的堿金屬鹽(或其堿)的電解液(如KOH溶液，NaCl溶液等)。金屬陽極通常為鎂，鋁，鋅等金屬或合金。電池放電過程中，氧氣與電解液中的水在氧氣陰極發生還原反應生成陰離子(如OH^-)，陰離子通過電解液遷移到金屬陽極，與金屬(如鎂，鋁，鋅等)發生反應產生電子。例如，當以金屬鎂作為金屬-氧氣電池系統的陽極，氯化鈉溶液作為電解液時，電池放電過程中，在兩個電極上發生的電極反應及電極反應電勢如下：

陽極反應：Mg→Mg²⁺+2e^-?????????????E＝-2.37V

陰極反應：O₂+2H₂O+4e^-→4OH^-????????E＝0.40V

電池反應：Mg+1/2O₂+H₂O→Mg(OH)₂????E＝2.77V

與傳統的一次電池和二次電池相比，首先，金屬-氧氣電池具有較高的比能量(單位為W·h/L或W·h/kg)，能夠提供較高的輸出電壓(1.5-3V)。其次，金屬氧氣-電池的陽極金屬(如，鎂，鋁，鋅等)儲量豐富、價廉易得，而陰極氧還原催化劑為非貴金屬，同時整個電池的結構簡單、易于制備，因此使得電池生產的總成本大大降低。再次，金屬-氧氣電池的另外一個重要特點是其可以采用機械充電方式，即陽極金屬燃料消耗完全后，換用新的金屬陽極即可繼續供電，充電時間非常短，只需要幾分鐘即可完成，延長了電池的使用壽命。另外，環保也是金屬-氧氣電池具有的另一個重要優點。目前常使用的化學電源都會對環境造成不同程度的污染，如鋅錳電池含汞，鉛酸電池含鉛，鎳鎘電池含鎘，而金屬-氧氣電池反應后的產物無毒，對環境無任何污染，這對生態保護，環境保護都具有深遠的意義。

由于金屬-氧氣電池可以利用海水作為電解液，因此金屬-氧氣電池可以滿足新型海底設備用電源的需要，為海下設備提供電能，即可稱之為海水電池。海水電池以海水作為電池的電解液，不需要額外攜帶電解液，大大提高了電池的比能量。但是海水電池存在的兩個主要問題是氧氣的供給問題以及陰極側氧氣與電解液(海水)壓力平衡的問題，即如何提供氧氣以及如何控制氧氣流量以達到所需要的電池工作狀態。

專利號為US4184009的美國專利提供了一種浮標金屬空氣電池，該電池將金屬陽極浸在海水電解液中，陰極在水面以上，暴露在空氣中，陽極和陰極間填充玻璃纖維和聚氯乙烯纖維復合成的紙狀材料。電解液填充在該紙狀材料中。此電池需要空氣中的氧氣作為去極化劑，其陰極必須與空氣連通，因此，只能用于海面工作的設備。

專利號為CN1543001A的中國專利提供了一種鎂海水電池，這種電池以海水為電解液，利用海水中的溶解氧作為陰極去極化劑，此電池雖然結構簡單，但是其陰極效率很低，并且工作電流密度小，陰極面積大，同樣限制了其應用范圍，不適合用于水下動力電源等一些需要大功率的用電設備。

發明內容

本發明的目的在于提供一種水下應用金屬-氧氣電池系統的氧氣自動補給控制裝置。

本發明采用的具體技術方案包括以下內容：

用于水下的金屬-氧氣電池系統的氧氣自動補給控制裝置，包括氧氣存儲裝置和氧氣氣量自動調節裝置；

氧氣氣量自動調節裝置包括儲氣倉、氣囊或氣缸，電磁閥，控制開關或傳感器；

儲氣倉、氣囊或氣缸通過氣體管路與氧氣存儲裝置連接，在它們的氣體連接管路上設置有電磁閥，于氣囊或氣缸內設置有控制開關或傳感器；儲氣倉、氣囊或氣缸通過氣體管路與金屬-氧氣電池系統的陰極氧氣腔相連；

控制開關通過導線與電磁閥電連接；傳感器的輸出信號經由一控制器處理后，由控制器通過導線與電磁閥電連接。