[發明專利]一種具有氫氣利用功能的可裝填鋁燃料電池集成裝置

在審

• 申請號: 202011595860.6
• 申請日: 2020-12-28
• 公開（公告）號: CN113140838A
• 公開（公告）日: 2021-07-20
• 發明（設計）人: 周黛
• 申請（專利權）人: 周黛
• 主分類號: H01M12/06
• 分類號: H01M12/06;H01M12/02;H01M8/0662
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一種具有氫氣利用功能的可裝填的鋁燃料電池集成裝置，由電池堆芯、電解液循環系統、空氣循環系統、氫燃料電池、氫氣儲存設施組成；電池堆芯進一步由圓柱形電池單元、電池單元集成基座、電池單元集成室、電解液密封蓋、空氣密封蓋、氫氣密封蓋、電解液出口沉淀箱、電解液入口室、軟管和激振機組成；其中的圓柱形電池單元由圓柱形陰極和圓柱形陽極組成，圓柱形陰極進一步由陰極電極、陰極支撐框架、陰極電連接器組成，而圓柱形陽極進一步由陽極導電框架、陽極膜狀網、鋁燃料等組成；該電池集成裝置使用強堿NaOH水溶液作為電解液，這將使得機械式地對鋁燃料電池進行充電成為可能。

技術領域：

本發明屬于與金屬空氣電池相關的領域，特別地是一種鋁燃料電池，它與氫燃料電池的相關性在于：當鋁燃料電池放電時所產生的氫氣被用作為氫燃料電池的燃料。

背景技術：

鋁燃料電池是一種由金屬和空氣發生電化學反應所形成的電池，它利用發生在陽極的鋁氧化和發生在陰極的氧還原產生電流。典型地，空氣陰極是一種片狀膜，這種膜具有相對的兩個面分別與空氣和電解液接觸。

關于鋁燃料電池，已有一些公開發布的專利，如美國專利U.S.Pat.No.3598655，U.S.Pat.No.3518123，U.S.Pat.No.4551399，U.S.Pat.No.4756980，U.S.Pat.No.4925744。這些專利表述了一種平板式或半楔形電極結構，以及如何替換已消耗了的鋁陽極。但是，這些平板式電池結構不足以將鋁燃料電池帶入廣泛的工業化市場，要想實現鋁燃料電池在類似于象電動汽車這種行業的大規模工業化應用，必須解決以下問題：

(1)從鋁燃料電池放電過程中產生的氫氣，在一定條件下會產生危害。因此，須要特別設計一種新的電池結構，使得氫氣能夠從電池的電解液和空氣中分離出來，并以一種安全的方式加以利用。

(2)電解液通道須要一種新的特別設計，以提高在電解液離子導電室中電解液離子的導電性，并減少鋁酸根離子Al(OH)₄^-在陽極鋁表面的集聚。

(3)對平板式電極結構，隨著電池放電時鋁陽極的消耗，在空氣陰極和鋁陽極之間的間隙會增大，這會導致電池內阻增加從而降低電池放電效率，因此，須要有一種新的電極結構來解決這一問題。

據此，本發明專利的目標是：提供一種新的電池和電池堆心結構，使得氫氣可以被收集起來，并作為氫燃料電池的供給源；構造一種新的電解液循環通道，以此增加電解液離子的導電性；采用一種新的電池電極結構使得電池在放電過程中陰陽極之間的間隙保持不變；為高功率的鋁燃料電池提供一種結構可靠的、緊湊的、集成的電池堆芯結構。

本發明將對各種環境友好的交通運輸工具有用，如汽車、客車、卡車、空中有人和無人運載器、水上或水下有人和無人運載工具等。

發明內容：

本發明的電池集成裝置由含水的電解液鋁燃料電池和氫氣回收利用系統組成，其中的鋁燃料電池進一步由電池堆芯、電解液循環系統和空氣循環系統組成，其中的氫氣回收利用系統進一步由氫燃料電池和氫氣儲存設施組成。氫燃料電池放電所需的氫氣由鋁燃料電池在放電時產生，在鋁燃料電池中的含水電解液使用強堿性氫氧化鈉NaOH作為溶質，用于制造電池的材料必須能夠耐受電解液的腐蝕。

一旦鋁陽極在含水的電解液中與陰極氧發生反應，形成含水的氧化鋁從而被消耗，這個電池就不再能夠放電。但是，可以以工業化的方式給這個電池重新充電，這個工業化的方式可以回收利用含水的氧化鋁，使其轉化為鋁陽極。這一回收利用過程是鋁電池的工業化廣泛應用的關鍵，因此，本發明在鋁燃料電池中使用強堿性電解液NaOH，以便放電后的電解液可以通過工業化過程進行鋁燃料電池的再充電。