一种水系电池系统技术方案

本发明专利技术涉及新能源领域，公开了一种水系电池系统，包括反应腔、水电极、金属电极、电极隔离片和电解液腔；反应腔上设有氢气出气口；水电极和金属电极分别位于反应腔内；电极隔离片设置于反应腔内，用于将水电极和金属电极隔开；电解液腔，其内盛有电解液，通过管路与反应腔连通；水电极和金属电极分别通过导线引出反应腔作为输出端，反应腔内反应产生的氢气作为二次能源通过氢气出气口排出存储或者使用，通过金属电极作为能量载体，以电解液中的水作为反应物，无毒无害，反应产物氢气可以作为二次能源，进一步提高能量密度，而且安全系数高。

A water battery system

【技术实现步骤摘要】
一种水系电池系统
本专利技术涉及新能源领域，尤其是涉及一种水系电池系统。
技术介绍
为了解决传统化石能源带来的环境问题以及能源危机等问题，目前各国都在大力发展新能源技术，很多欧洲国家已经给出了燃油车辆的禁售时间。在众多新能源技术中锂电池技术是目前发展最为迅速的新能源技术。但是由于锂电池本身化学体系上的制约，其弊端非常明显，无法跟燃油能源系统相抗衡：1、锂电池充电时间通常需要几十分钟到数小时，便利性大打折扣；2、锂电池的理论能量密度只有240Wh/Kg～350Wh/Kg远远低于燃油的能量密度，这就造成锂电池汽车在续航里程上无法跟燃油车相比；3、锂电池在安全方面也存在很大问题，近年来已经有多起锂电池汽车热失控着火事件发生；4、锂电池的生产过程，需要在高度干燥环境下，所以成本比较高，使用过程中充电耗时久。
技术实现思路
本专利技术针对上述现有技术的不足，提供一种水系电池系统，通过金属电极作为能量载体，以电解液中的水作为反应物，无毒无害，反应产物氢气可以作为二次能源，进一步提高能量密度，而且安全系数高。为解决上述技术问题，本专利技术提出一种水系电池系统，包括：反应腔，其上设有氢气出气口；水电极，位于反应腔内，作为水的还原反应场所；金属电极，位于反应腔内，作为金属阳极氧化反应场所；电极隔离片，设置于反应腔内，用于将水电极和金属电极隔开；电解液腔，其内盛有电解液，通过管路与反应腔连通，所述电解液腔内的电解液通过管路往返于反应腔和电解液腔之间；所述水电极和金属电极分别通过导线引出反应腔作为输出端，所述反应腔内反应产生的氢气作为二次能源通过氢气出气口排出存储或者使用。进一步地，所述金属电极的密度为ρ(g/cm3)，总质量为WM(g)，所述水电极的总投影面积为SH2O(cm2)，满足：其中K＝1/4为量纲调整系数。进一步地，还包括与氢气出气口连通的氢气腔，所述氢气腔用于将反应腔内产生的氢气存储起来，连接氢气出气口与氢气腔的管路上设有单向阀、开关和气泵。进一步地，还包括氢燃料电池和/或热机，所述反应腔和/或氢气腔通过管路分别与氢燃料电池和/或热机连通，且连接管路上分别均设有单向阀、开关和气泵。进一步地，还包括与反应腔连通的保护液腔，所述保护液腔内盛有阳极保护液，所述反应腔与保护液腔的连接管路上设有双向泵。进一步地，所述金属电极采用锂、钠、钾、钙、镁、铝、锌和铁中的任意一种或者任意几种的合金。进一步地，所述电解液为碱性溶液或盐溶液。进一步地，所述碱性溶液为氢氧化钠溶液或者氢氧化钾溶液，所述盐溶液为氯化钠、硫酸钠、硝酸钠，氯化钾、硫酸钾和硝酸钾、硝酸铝中的任意一种。进一步地，所述反应腔与电解液腔之间的管路上设有双向泵。进一步地，所述反应腔和/或电解液腔内还设置有用于分离反应沉淀物的过滤装置。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：1、通过金属电极作为能量载体，以电解液中的水作为反应物，反应提供电能，反应物金属电极来源广泛，其在消耗的过程中，可以采用直接增加或者更换金属电极的方式来补充能量，等效于一个充电的过程，耗时短；而另一种消耗的反应物为水，无毒无害，廉价，水系环境工作，不会发生类似于锂电池热失控后电解液燃烧爆炸的风险，安全系数高；同时反应产物氢气可以作为二次能源，进一步提高能量密度。2、本专利技术通过引入电解液腔，在停止工作时，将电解液抽送回电解液腔内，使金属阳极与电解液分离并处于氢气的还原保护氛围内，从而可以完全杜绝腐蚀反应的发生，避免自放电情况，大大提高能量利用率。3、本专利技术通过引入保护液液腔，在停止工作时，进一步用阳极保护液将金属电极包围，避免金属电极与电解液之间的反应，从而可以完全杜绝腐蚀反应的发生，避免自放电情况，大大提高能量利用率。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术水系电池系统图，图2为将本专利技术的水系电池系统直接与氢燃料电池7或热机8匹配应用的系统图，图3为将本专利技术的水系电池系统直接与氢燃料电池7和热机8匹配应用的系统图，图4为将本专利技术的水系电池系统引入氢气腔6的系统图，图5为在引入氢气腔6的基础上，与氢燃料电池7或热机8匹配的系统图，图6为图5的基础上，将氢燃料电池7和热机8还与反应腔1连接的系统图。附图标记如下：反应腔1，氢气出气口11，水电极2，金属电极3，电极隔离片4，电解液腔5，氢气腔6，氢燃料电池7，热机8。具体实施方式为了使本领域技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图对本专利技术进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本专利技术的保护范围有任何的限制作用。请参照图1至图6，本专利技术提供一种水系电池系统，包括反应腔1、水电极2、金属电极3、电极隔离片4和电解液腔5；水电极2作为水的还原反应场所，生成氢气，优选导电碳和镍基粉末混合形成的多孔体相电极，导电碳主要充当电子导电网络(也可以使用泡沫镍、泡沫铜等)，镍基粉末，如金属镍粉末或者镍的氧化物粉末充当催化剂促进水分解生成氢气，由于其工作时是浸润水的环境下，水本身是各种离子的优良导体，所以电极本身无需具有离子电导特性，实际应用时可以适当增加一些粘接剂辅助电极成型，该多孔体相电极可以极大增加电池的功率输出能力；金属电极3作为能量载体，发生氧化反应，采用锂、钠、钾、钙、镁、铝、锌、汞和铁中的任意一种或者任意几种的合金，从安全的角度考虑：优选金属铝、镁，反应过程比较温和，水系环境下不容易失控，安全性比碱金属要高出很多，甚至比成熟的燃油能源系统更加安全可靠；但是一些直接与水接触反应的金属比如锂、钠、钾等，则需要在该金属电极3的表面包覆一层电解质保护层，保护层具有金属离子导电性，同时又能极大的抑制金属与电解液的反应，从而进一步提高电化学性能(如固态金属电池中的电解液保护层)。电解质保护层可以有多种选择，属于一般的现有技术，不做赘述；水电极2和金属电极3分别位于反应腔1内且分别通过导线引出反应腔1作为电能输出端，可以为外接的电器提供电能，反应腔1为封闭结构，为了避免水电极2和金属电极3直接接触导致短路，在反应腔1内设有一个电极隔离片4，用于将水电极2和金属电极3隔开，电极隔离片4的设置不能影响到电解液在反应腔1内的流通，因此可以将电极隔离片4设置为多孔结构，可以选用多孔膜，如疏水的PTFE隔膜、塑料多孔膜、衣物布料、海绵等多孔薄膜；电解液腔5内盛有电解液，其通过管路与反应腔1连通，电解液为碱性溶液以及盐溶液，电解液腔5内的电解液通过管路往返于反应腔1和电解液腔5之间；其中碱性溶液可以采用含有氢氧化钠和氢氧本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水系电池系统，其特征在于，包括：/n反应腔(1)，其上设有氢气出气口(11)；/n水电极(2)，位于反应腔(1)内，作为水的还原反应场所；/n金属电极(3)，位于反应腔(1)内，作为能量载体；/n电极隔离片(4)，设置于反应腔(1)内，用于将水电极(2)和金属电极(3)隔开；/n电解液腔(5)，其内盛有电解液，通过管路与反应腔(1)连通，所述电解液腔(5)内的电解液通过管路往返于反应腔(1)和电解液腔(5)之间；/n所述水电极(2)和金属电极(3)分别通过导线引出反应腔(1)作为电能输出端，所述反应腔(1)内反应产生的氢气作为二次能源通过氢气出气口(11)排出存储或者直接供给能源器件使用。/n

【技术特征摘要】
1.一种水系电池系统，其特征在于，包括：
反应腔(1)，其上设有氢气出气口(11)；
水电极(2)，位于反应腔(1)内，作为水的还原反应场所；
金属电极(3)，位于反应腔(1)内，作为能量载体；
电极隔离片(4)，设置于反应腔(1)内，用于将水电极(2)和金属电极(3)隔开；
电解液腔(5)，其内盛有电解液，通过管路与反应腔(1)连通，所述电解液腔(5)内的电解液通过管路往返于反应腔(1)和电解液腔(5)之间；
所述水电极(2)和金属电极(3)分别通过导线引出反应腔(1)作为电能输出端，所述反应腔(1)内反应产生的氢气作为二次能源通过氢气出气口(11)排出存储或者直接供给能源器件使用。


2.根据权利要求1所述的一种水系电池系统，其特征在于：所述金属电极(3)的密度为ρ(g/cm3)，总质量为WM(g)，所述水电极(2)的总投影面积为SH2O(cm2)，满足：其中K＝1/4为量纲调整系数。


3.根据权利要求1所述的一种水系电池系统，其特征在于：还包括与氢气出气口(11)连通的氢气腔(6)，所述氢气腔(6)用于将反应腔(1)内产生的氢气存储起来，连接氢气出气口(11)与氢气腔(6)的管路上设有单向阀、开关和气泵。


4.根据权利要求3所述的一种水系电...

【专利技术属性】
技术研发人员：王广军，余为伟，
申请(专利权)人：荆门市探梦科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42