[發(fā)明專利]一種再循環(huán)金屬燃料電池系統(tǒng)及其反應(yīng)產(chǎn)物分離方法

有效

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• 申請日: 2019-10-25
• 公開（公告）號: CN110729501B
• 公開（公告）日: 2020-11-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬澤;李躍華;黃浩
• 申請（專利權(quán)）人: 北京機(jī)械設(shè)備研究所
• 主分類號: H01M8/04223
• 分類號: H01M8/04223;H01M8/04082;H01M8/04186;H01M8/04276;B82Y30/00
• 代理公司: 北京天達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11386
• 代理人: 盧楠

本發(fā)明涉及一種再循環(huán)金屬燃料電池系統(tǒng)及其反應(yīng)產(chǎn)物分離方法，屬于金屬燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，解決了現(xiàn)有金屬燃料電池中反應(yīng)產(chǎn)物分離困難導(dǎo)致電解液消耗量大、電池性能衰減快及造成輔助設(shè)備性能下降等問題。該再循環(huán)金屬燃料電池系統(tǒng)包括金屬燃料電池和電解液再循環(huán)回路；電解液再循環(huán)回路上設(shè)有反應(yīng)產(chǎn)物分離裝置，反應(yīng)產(chǎn)物分離裝置用于吸附并分離電解液中的反應(yīng)產(chǎn)物；金屬燃料電池堆包括陽極反應(yīng)物質(zhì)入口、陽極反應(yīng)物出口、陰極反應(yīng)物質(zhì)入口和陰極反應(yīng)物出口。本發(fā)明能夠連續(xù)高效的分離反應(yīng)產(chǎn)物保證了進(jìn)入電池的電解液為不飽和電解液，并且避免了沉淀顆粒的形成，大大提升了金屬燃料電池的性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及金屬燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種再循環(huán)金屬燃料電池系統(tǒng)及其反應(yīng)產(chǎn)物分離方法。

背景技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與人們生活水平的提高，人類活動對能源的需求日益增加，尤其電動汽車的快速發(fā)展是對電池提出了巨大需求和挑戰(zhàn)。鋰離子電池和質(zhì)子交換膜燃料電池作為當(dāng)前電動汽車發(fā)展的兩大路線，但鋰電池汽車存在續(xù)航里程短及充電時(shí)間長、質(zhì)子交換膜燃料電池存在氫氣存儲攜帶困難及加氫站匱乏等缺點(diǎn)，其推廣普及應(yīng)用還面臨較大的技術(shù)難題。

近幾年，金屬燃料電池的發(fā)展引起廣泛關(guān)注，其利用金屬鋁、鎂、鋅等活潑金屬與氧氣在電池內(nèi)的電化學(xué)反應(yīng)將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能輸出。由于鋁、鎂、鋅等活潑金屬具有很高的能量密度，且存儲攜帶方便安全，因此金屬燃料電池可以用于單兵電源、備用電源、電動汽車等多種場合。

但是，目前微納米級的金屬氧化物沉淀對金屬燃料電池的性能具有多重不良影響：(1)沉淀顆粒聚集在金屬陽極表面，影響金屬陽極的電化學(xué)反應(yīng)速率；(2)沉淀顆粒聚集在陰極表面并堵塞陰極的孔隙，影響陰極的電化學(xué)反應(yīng)速率；(3)沉淀顆粒堵塞電解液流通通道，造成電解液流動阻力增大，甚至中斷電解液流動；(4)電解液溶解飽和后，其電導(dǎo)率將大幅下降，造成電池內(nèi)阻增加而性能降低；(5)電解液散熱器內(nèi)結(jié)垢，導(dǎo)致散熱性能下降。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述的分析，本發(fā)明實(shí)施例旨在提供一種金屬燃料電池反應(yīng)產(chǎn)物分離裝置及分離方法，用以解決現(xiàn)有金屬燃料電池中陰極和陽極化學(xué)反應(yīng)速率低、電解液流動性以及導(dǎo)熱性能差的技術(shù)問題。

本發(fā)明的目的主要是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一方面，本發(fā)明公開了一種再循環(huán)金屬燃料電池系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括金屬燃料電池堆和電解液再循環(huán)回路；電解液再循環(huán)回路上設(shè)有反應(yīng)產(chǎn)物分離裝置，反應(yīng)產(chǎn)物分離裝置用于吸附并分離電解液中的反應(yīng)產(chǎn)物；金屬燃料電池堆包括陽極反應(yīng)物質(zhì)入口、陽極反應(yīng)物出口、陰極反應(yīng)物質(zhì)入口和陰極反應(yīng)物出口。

在一種可能的設(shè)計(jì)中，反應(yīng)產(chǎn)物分離裝置包括第一反應(yīng)產(chǎn)物分離器和第二反應(yīng)產(chǎn)物分離器，第一反應(yīng)產(chǎn)物分離器包括第一分離器外殼、第一自旋轉(zhuǎn)圓柱體、設(shè)于第一分離器外殼兩端的第一電解液進(jìn)口和第一電解液出口；第一自旋轉(zhuǎn)圓柱體的圓柱面由納米吸附材料制成；第一自旋轉(zhuǎn)圓柱體設(shè)于第一分離器外殼內(nèi)部，第一分離器外殼內(nèi)壁設(shè)有第一刮泥條；第一自旋轉(zhuǎn)圓柱體為內(nèi)部設(shè)有第一轉(zhuǎn)動葉輪的空心圓柱殼體結(jié)構(gòu)；第一分離器外殼與第一自旋轉(zhuǎn)圓柱體之間形成第一電解液通道；第一自旋轉(zhuǎn)圓柱體內(nèi)部形成第二電解液通道。

在一種可能的設(shè)計(jì)中，反應(yīng)產(chǎn)物分離裝置還包括與第一反應(yīng)產(chǎn)物分離器并聯(lián)的第二反應(yīng)產(chǎn)物分離器，第二反應(yīng)產(chǎn)物分離器包括第二分離器外殼、第二自旋轉(zhuǎn)圓柱體、設(shè)于第二分離器外殼兩端的第二電解液進(jìn)口和第二電解液出口；第二自旋轉(zhuǎn)圓柱體的圓柱面由納米吸附材料制成；第二自旋轉(zhuǎn)圓柱體設(shè)于第二分離器外殼內(nèi)部，第二分離器外殼內(nèi)壁設(shè)有第二刮泥條；第二自旋轉(zhuǎn)圓柱體為內(nèi)部設(shè)有第二轉(zhuǎn)動葉輪的空心圓柱殼體結(jié)構(gòu)；第二分離器外殼與第二自旋轉(zhuǎn)圓柱體之間形成第三電解液通道；第二自旋轉(zhuǎn)圓柱體內(nèi)部形成第四電解液通道。

在一種可能的設(shè)計(jì)中，第一刮泥條沿自第一旋轉(zhuǎn)圓柱體的軸線方向呈螺旋狀分布。

在一種可能的設(shè)計(jì)中，第二刮泥條沿自第二旋轉(zhuǎn)圓柱體的軸線方向呈螺旋狀分布。