规避金属空气燃料电池停机腐蚀的系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了规避金属空气燃料电池停机腐蚀的系统和方法，系统包括：电池腔，电池腔内设有间隔布置的空气正极和金属负极，电池腔具有第一电解液入口、第一保护液入口、第一电解液出口和第一保护液出口；电解液储存装置，电解液储存装置具有第二电解液入口和第二电解液出口，第二电解液入口与第一电解液出口相连，第二电解液出口与第一电解液入口相连；保护液储存装置，保护液储存装置具有第二保护液入口和第二保护液出口，第二保护液入口与第一保护液出口相连，第二保护液出口与第一保护液入口相连。该系统避免了金属空气燃料电池在停机状态下金属负极的自腐蚀，同时可自由切换电池的工作‑停机状态，显著提高了金属空气燃料电池的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
规避金属空气燃料电池停机腐蚀的系统和方法
本专利技术属于金属空气燃料电池停放管理的物理化学
，具体而言，本专利技术涉及规避金属空气燃料电池停机腐蚀的系统和方法。
技术介绍
金属空气燃料电池是一种将金属(或合金)与氧化剂自身的化学能通过电化学反应转化为电能的能量转换装置，反应在电解质中进行。工作时，负极的金属失去电子进入电解质中，电子通过外电路到空气正极，空气中的氧气在空气电极上得到电子进入电解质，反应产物一般为金属氧化物。电解质主要有水性电解质、有机电解质、凝胶电解质与离子液体。最常用的是水性电解质，其成本低廉，可靠性高，对环境无污染。电化学反应的动力性不仅与催化剂的活性有关，还和电极表面及电解质状态紧密相关。一般的金属空气燃料电池是由金属负极、电解液、空气正极构成，由于金属负极与电解质一直接触，容易发生析氢腐蚀，尤其在停机状态下。这种腐蚀反应会在电池内部积累大量热量，释放的氢气如不能顺利排出，将在电池内部聚集。电池内部压力迅速升高，对电池的活性材料、结构特征有严重破坏。在不同的电解液体系中，金属负极的腐蚀速率不相同，但在具有宽电压稳定性的离子液体与有机电解质中比较稳定，不过这类电解质的材料成本较高，电导率较低。在水性体系的中性盐溶液或碱性溶液中，金属负极的腐蚀速率较大。尤其是采用了多孔颗粒的金属负极与碱性电解质，在停机状态下电池内部的温度甚至超过100℃，对整个电池体系有严重破坏。而在电极与电解质的固液两相界面中，这种腐蚀反应是客观存在的，难以直接控制其反应。因此，有效隔离电解质对电极的腐蚀作用对于维持金属空气燃料电池的正常工作至关重要。控制金属负极的腐蚀，主要有添加缓蚀剂、电极表面处理两种方法。在电解质中添加适量的缓蚀剂，能有效抑制停机状态下金属负极的自腐蚀反应，然而此法会影响工作状态下电池的电化学特性；电极表面处理方法能较好兼顾停放的缓蚀与工作的电化学特性，但是其处理手段复杂，对电极处理的成本较高。在金属空气燃料电池电解液中，需要考虑整体燃料电池工作环境的稳定以及操作的灵敏性，以便能实现电池系统的快速响应。为解决金属空气燃料电池中金属负极停机腐蚀的问题，已有的一种通过在水性电解质中添加有机或无机添加剂的方法，如醋酸盐、甘氨酸、L-serine等，添加剂高效吸附于电极表面，改善了停机状态下的电极表面特性，极大降低了腐蚀速率，同时这种技术简单易行，但在实际工作条件下，缓蚀剂极大的影响了电极表面反应的进行，极大增加了电极的传荷阻抗。现有，现有规避金属空气燃料电池停机腐蚀的技术有待进一步改进。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种规避金属空气燃料电池停机腐蚀的系统和方法。该系统避免了金属空气燃料电池在停机状态下金属负极的自腐蚀，同时可自由切换电池的工作-停机状态，显著提高了金属负极的利用率及金属空气燃料电池的使用寿命。在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种规避金属空气燃料电池停机腐蚀的系统，根据本专利技术的实施例，该系统包括：电池腔，所述电池腔内设有间隔布置的空气正极和金属负极，并且所述电池腔具有第一电解液入口、第一保护液入口、第一电解液出口和第一保护液出口；电解液储存装置，所述电解液储存装置具有第二电解液入口和第二电解液出口，所述第二电解液入口与所述第一电解液出口相连，所述第二电解液出口与所述第一电解液入口相连；保护液储存装置，所述保护液储存装置具有第二保护液入口和第二保护液出口，所述第二保护液入口与所述第一保护液出口相连，所述第二保护液出口与所述第一保护液入口相连。根据本专利技术实施例的规避金属空气燃料电池停机腐蚀的系统，电解液储存装置和保护液储存装置的设置，有利于为电池腔提供电解液和保护液，使得电池在工作和停机状态自由切换。电池工作前，将电池腔内的保护液放至保护液储存装置，并将电解液储存装置内的电解液输送至电池腔内，金属负极和空气正极在电解液的作用下进行电化学反应，对外供电，保护液不会影响电池腔内的反应；待放电结束后，将电池腔内的电解液放至电解液储存装置，同时将保护液储存装置中的保护液送至电池腔内，保护液可隔离电解液与金属负极。如此循环反复，即可实现对电解液和保护液的重复利用，又能规避金属空气燃料电池的停机腐蚀，实现电池工作-停放两种状态的自由切换，提高金属负极的利用率和金属空气燃料电池的使用寿命，同时保护液和电解液可长期储存使用，互不影响彼此的性质，杜绝了停放状态下的热失控隐患，也不会影响电池反应，且在整个过程中不产生额外的排放物，对环境友好。另外，根据本专利技术上述实施例的规避金属空气燃料电池停机腐蚀的系统还可以具有如下附加的技术特征：在本专利技术的一些实施例中，上述规避金属空气燃料电池停机腐蚀的系统进一步包括：电解液泵，所述电解液泵与所述第二电解液出口和所述第一电解液入口相连。由此，有利于提高电解液从电解液储存装置到电池腔的输送效率。在本专利技术的一些实施例中，上述规避金属空气燃料电池停机腐蚀的系统进一步包括：保护液泵，所述保护液泵与所述第二保护液出口和所述第一保护液入口相连。由此，有利于提高保护液从保护液储存装置到电池腔的输送效率。在本专利技术的一些实施例中，所述第一电解液入口和所述第一保护液入口分别位于所述电池腔的顶端，所述第一电解液出口和所述第一保护液出口分别位于所述电池腔的底端。由此，有利于降低系统能耗。在本专利技术的一些实施例中，所述电解液储存装置和所述保护液储存装置分别位于所述电池腔的下方。由此，可进一步降低系统能耗。在本专利技术的再一个方面，本专利技术提出了一种采用上述系统实施规避金属空气燃料电池停机腐蚀的方法，根据本专利技术的实施例，该方法包括：(1)工作状态，将电解液供给至所述电池腔内，所述空气正极和所述金属负极在所述电解液的作用下发生反应；(2)停机状态，将所述电解液排至所述电解液储存装置，并将保护液供给至所述电池腔内；(3)准备阶段，将所述保护液排至所述保护液储存装置，然后进行步骤(1)。根据本专利技术实施例的规避金属空气燃料电池停机腐蚀的方法，电解液储存装置和保护液储存装置的设置，有利于为电池腔提供电解液和保护液，使得电池在工作和停机状态自由切换。电池工作前，将电池腔内的保护液放至保护液储存装置，并将电解液储存装置内的电解液输送至电池腔内，金属负极和空气正极在电解液的作用下进行电化学反应，对外供电，保护液不会影响电池腔内的反应；待反应结束后，将电池腔内的电解液放至电解液储存装置，同时将保护液储存装置中的保护液送至电池腔内，保护液可隔离电解液与金属负极。如此循环反复，即可实现对电解液和保护液的重复利用，又能规避金属空气燃料电池的停机腐蚀，实现电池工作-停放两种状态的自由切换，提高金属负极的利用率和金属空气燃料电池的使用寿命，同时保护液和电解液可长期储存使用，互不影响彼此的性质，杜绝了停放状态下的热失控隐患，也不会影响电池反应，且在整个过程中不产生额外的排放物，对环境友好。另外，根据本专利技术上述实施例的规避金属空气燃料电池停机腐蚀的方法还可以具有如下附加的技术特征：在本专利技术的一些实施例中，在步骤(1)中，所述电解液为氯化铵溶液、氯化钠溶液、氯化钾溶液或苛性碱溶液。由此，有利于降低电池成本。在本专利技术的一些实施例中，在步骤(1)中，所述金属负极为锌本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种规避金属空气燃料电池停机腐蚀的系统，其特征在于，包括：电池腔，所述电池腔内设有间隔布置的空气正极和金属负极，并且所述电池腔具有第一电解液入口、第一保护液入口、第一电解液出口和第一保护液出口；电解液储存装置，所述电解液储存装置具有第二电解液入口和第二电解液出口，所述第二电解液入口与所述第一电解液出口相连，所述第二电解液出口与所述第一电解液入口相连；保护液储存装置，所述保护液储存装置具有第二保护液入口和第二保护液出口，所述第二保护液入口与所述第一保护液出口相连，所述第二保护液出口与所述第一保护液入口相连。

【技术特征摘要】
1.一种规避金属空气燃料电池停机腐蚀的系统，其特征在于，包括：电池腔，所述电池腔内设有间隔布置的空气正极和金属负极，并且所述电池腔具有第一电解液入口、第一保护液入口、第一电解液出口和第一保护液出口；电解液储存装置，所述电解液储存装置具有第二电解液入口和第二电解液出口，所述第二电解液入口与所述第一电解液出口相连，所述第二电解液出口与所述第一电解液入口相连；保护液储存装置，所述保护液储存装置具有第二保护液入口和第二保护液出口，所述第二保护液入口与所述第一保护液出口相连，所述第二保护液出口与所述第一保护液入口相连。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，进一步包括：电解液泵，所述电解液泵与所述第二电解液出口和所述第一电解液入口相连。3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，进一步包括：保护液泵，所述保护液泵与所述第二保护液出口和所述第一保护液入口相连。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一电解液入口和所述第一保护液入口分别位于所述电池腔的顶端，所述第一电解液出口和所述第一保护液...

【专利技术属性】
技术研发人员：裴普成，黄尚尉，陈东方，吴子尧，任棚，贾肖宁，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11