[發(fā)明專利]一種水中動力用半燃料電池

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110303204.9
• 申請日: 2011-10-12
• 公開（公告）號: CN102332586A
• 公開（公告）日: 2012-01-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 段然;王宇軒;黃雯
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電子科技集團(tuán)公司第十八研究所
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M8/02;H01M8/20
• 代理公司: 天津市鼎和專利商標(biāo)代理有限公司 12101
• 代理人: 李鳳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水中動力用電池技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種水中動力用半燃料電池。

背景技術(shù)

鋁/過氧化氫電池是近年來開發(fā)的一種能量型化學(xué)電源，這種電池具有比能量高，適合水下工作等特點。開展較早研究工作的有以Mg、Al為陽極的金屬/過氧化氫燃料電池，Al-H₂O₂電池已應(yīng)用于水下設(shè)備上，比能量可以達(dá)到200Wh/kg-240Wh/kg。

鋁/過氧化氫電池可分為單室和雙室兩種結(jié)構(gòu)：單室結(jié)構(gòu)的電池結(jié)構(gòu)簡單，成本低，可靠性高，但由于單室結(jié)構(gòu)電池的鋁電極和過氧化氫電極之間可直接反應(yīng)，活性物質(zhì)利用率低，從而降低了電池比能量，因此目前大多采用雙室結(jié)構(gòu)鋁/過氧化氫電池；雙室結(jié)構(gòu)的電池通過離子交換膜將陰極區(qū)和陽極區(qū)隔離，形成陰極室和陽極室，可以防止鋁電極和過氧化氫電極之間的直接反應(yīng)，提高活性物質(zhì)利用率，由于電池工作時需要電解液循環(huán)流動，來補充反應(yīng)消耗的過氧化氫并帶走反應(yīng)產(chǎn)物和廢氣，因此電池的陰極室和陽極室均設(shè)有流道。

目前公知的鋁/過氧化氫電池陰極室和陽極室的流道一般采用雙極性流場板結(jié)構(gòu)，例如在專利CN201214482中，設(shè)計了一種鋁/過氧化氫半燃料電池，貯存在電池外部的電解液和過氧化氫溶液進(jìn)入電池內(nèi)部流道中，流道采用雙極性流場板的迷宮結(jié)構(gòu)或拐彎結(jié)構(gòu)，即在流道中增加幾個類片狀的隔斷，形成曲折的通道使溶液流過，該結(jié)構(gòu)電池厚度和重量較大，電極有效反應(yīng)面積較低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題而提供一種厚度薄、重量輕、電極有效反應(yīng)面積較高，并且電池的比能量和能量密度高的水中動力用半燃料電池。

本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是：

一種水中動力用半燃料電池，包括密封固連為一體的陽極部分和陰極部分；陽極部分包括帶有電解液進(jìn)液腔和電解液出液腔的陽極端板，陽極端板一面有一陽極凹槽，陽極凹槽內(nèi)置有由陽極集流板、陽極和陽極流道構(gòu)成的陽極組件；陰極部分包括帶有氧化劑進(jìn)液腔、氧化劑出液腔的陰極端板，陰極端板一面有一陰極凹槽，陰極凹槽內(nèi)置有由陰極集流板、陰極基板和陰極流道構(gòu)成的陰極組件，其特點是：所述陽極流道為均布粘于陽極面上粒狀隔離物之間的間隙；所述陰極流道為陰極基板一面均布制出的通槽。

本發(fā)明還可以采用如下技術(shù)方案：?

所述陽極部分和陰極部分之間置有離子交換膜。

所述陽極端板和陰極端板均為大于10mm的3240環(huán)氧酚醛樹脂板，所述陽極端板上陽極凹槽外圍的端面上制有一放置陽極密封圈的陽極封閉槽；所述陰極端板上陰極凹槽外圍的端面上制有一放置陰極密封圈的陰極封閉槽，陰極封閉槽直徑與陽極封閉槽直徑不同；靠近陽極端板和陰極端板邊緣處置有尺寸對應(yīng)的兩個以上固定孔。

所述粒狀隔離物為圓柱形酚醛樹脂。

所述離子交換膜為Nafion系列隔膜。

所述陽極集流板和陰極集流板均為鎳板。

所述陽極為鋁合金。

所述陰極基板為載有還原催化劑的泡沫鎳，所述還原催化劑為金Au。

所述陽極電解液為氫氧化鈉溶液。

所述作為陰極的氧化劑為過氧化氫溶液。

本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是：?

1、本發(fā)明由于在鋁陽極面上均布粘滿橫縱間距相同的粒狀隔離物，使陽極和離子交換膜保持一定距離，不僅起到了支撐離子交換膜的作用、減輕了重量，還形成了陽極流道，使電解液均布流過陽極而且不增加壓力損失，提高了陽極的有效反應(yīng)面積，更有利于氫氣和反應(yīng)產(chǎn)物AlO₂-的排出，有效的提高了電池的比能量和能量密度。

2、本發(fā)明將作為陰極基板的泡沫鎳基體上直接壓制出陰極流道，形成催化層和流場板二合一的電極結(jié)構(gòu)，有效的減小了電池的厚度和重量；氧化劑可以直接在三維的催化層內(nèi)部流動，解決了過氧化氫傳質(zhì)困難的問題，濃差極化較小，可以使用低濃度的過氧化氫，減小其自分解，保證了氧化劑的使用效率，提高了電池比能量。

3、本發(fā)明采用離子交換膜作為隔膜，采用直徑不同的密封圈壓接密封，實現(xiàn)了雙室結(jié)構(gòu)；當(dāng)需要單室結(jié)構(gòu)時，拆下隔膜，即變成單室結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了電池雙、單室結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，適用于低速水下運載器的能量型動力電池組。

附圖說明

圖1是本發(fā)明水中動力用半燃料電池結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1?使用狀態(tài)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是圖1?中陽極部分和陽極組件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是圖1?中陰極部分結(jié)構(gòu)示意圖。