一种半燃料电池制造技术

本发明专利技术涉及一种半燃料电池，包括燃料电池本体、电解质供应系统、氧化剂供应系统以及蠕动泵，燃料电池本体包括阳极壳体、阴极壳体以及阳极系统和阴极系统；阳极系统包括电解质入口、阳极接头和电解质出口以及阳极和阳极流道；阴极系统包括氧化剂入口、阴极接头和氧化剂出口以及阴极流道和膜阴极。本发明专利技术解决了铝／过氧化氢半燃料电池转换效率低、能量密度低、功率密度低的技术问题，具有成本低、电池性能指标高的优点，适合应用于水下或外太空等没有空气的场合。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电池，尤其涉及一种半燃料电池。技术背景燃料电池是一种将持续供给的燃料和氧化剂中的化学能连续不断地转化成 电能的电化学电池。以铝作为阳极，并采用过氧化氢作为氧化剂的燃料电池叫 做铝/过氧化氢半燃料电池。铝是地球上最丰富的金属元素，其质量比容量可达2.98Ah/g，体积比容量可达8.04Ah/cmN过氧化氢具有密度高、无毒、无污染、 可长期贮存等特点；铝与过氧化氢组合而成的半燃料电池具有如下优点理论 能量密度高；理论功率密度高；承受短时过载的能力强；阴极过电位小，效率 高， 一般〉65%，最高可以达到80% (或开路电压达到约1.75V);推进剂可以长 期贮存；环境友好等。铝和过氧化氢在半燃料电池中的反应机理主要包括电化 学氧化和还原反应，以及三个有害的化学反应。电化学反应分为两部分阴极 反应和阳极反应。反应方程如下阳极反应2Al(s) + 80HT(aq) 4 2A10"aq) + 4H20(1) + 6e' 阴极反应3H02—(aq) + 3H20(l) + 6e- — 90H'(aq) 总反应2Al(s) +3HCV(aq) — 2AKV(aq) + OH'(aq) + H20(1)阴极和阳极反应都是半反应，总电势为3. 18V。有害的反应包括铝的腐蚀反应、过氧化氢的分解反应，以及铝/过氧化氢直接化学反应。铝的腐蚀反应2Al(s) + 20H-(aq) + 2H20(1) = 2A102—(aq) + 3H2(g)虽然此反应也是一种电化学反应，但并不产生电流。在此反应中铝被浪费， 产生了氢气，从而降低了燃料电池的效率。过氧化氢的分解反应2H202(1) = 02(g) + 2H20(1)过氧化氢是一种活性很高的物质，在有污染物的情况下分解速度大大加快。, 此反应损耗了过氧化氢，也降低了燃料电池的效率。铝/过氧化氢直接反应2Al(s) + 3HCV(aq) = 2A1CV(叫)+ OH—(aq) + H20(1)此反应看上去与总的电化学反应方程相同，但其机理完全不同。铝和过氧 化离子的接触是产生这种化学反应的原因，在这个反应中，没有电流在回路中产生。上述三个有害反应的发生降低了电池的效率，因此在设计电池的流动系统时要尽量抑制有害反应的发生。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种利用铝/过氧化氢的半燃料电池，其解决了
技术介绍
半燃料电池尤其是铝/过氧化氢半燃料电池转换效率低、能量密度低、功率密度 低的技术问题。本专利技术的技术解决方案是一种半燃料电池，包括燃料电池本体l、电解质供应系统A、氧化剂供应系统B以及连接燃料电池本体1、电解质供应系统A和氧化剂供应系统B的蠕动泵 10，其特殊之处是，所述燃料电池本体l包括可固连密封在一起的阳极壳体ll、 阴极壳体12以及设置在阳极壳体11和阴极壳体12之间的阳极系统和阴极系统； 所述阳极系统包括设置在阳极壳体11内的电解质入口 61、阳极接头51和电解 质出口 71以及由内至外设置在阳极壳体11内侧面的阳极21和阳极流道41;所 述阴极系统包括设置在阴极壳体12内的氧化剂入口 61、阴极接头52和氧化剂 出口 72以及由内至外设置在阴极壳体12内侧面的阴极流道42和膜阴极22;所 述电解质供应系统A、蠕动泵IO、电解质入口71、阳极流道41、电解质出口71 构成电解质通路；所述氧化剂供应系统B、蠕动泵IO、氧化剂入口62、阴极流 道42、氧化剂出口 72构成氧化剂通路；所述阳极21、阳极流道41和膜阴极22 共同构成电解质的反应容腔，所述阴极壳体12、阴极流道42和膜阴极52共同 构成氧化剂的反应容腔。上述电解质供应系统A、蠕动泵IO、电解质入口71、阳极流道41、电解质 出口71、电解质供应系统A构成电解质循环通路。上述氧化剂供应系统B、蠕动泵IO、氧化剂入口62、阴极流道42、氧化剂 出口72、氧化剂供应系统B构成氧化剂循环通路。上述阳极流道41和阴极流道42采用了相同结构的迷宫结构或拐弯结构。 上述阳极壳体11和阴极壳体12间的固连和密封是通过固连装置9和壳体 密封圈3实现的。上述阳极壳体11和阴极壳体12以及阳极流道41、阴极流道42的材料均采 用聚四氟乙烯；所述阳极接头51和阴极接头52材料为紫铜T2;所述阳极21的 材料采用铝，所述膜阴极22材料采用镀钯金属镍。本专利技术具有如下优点1、 本专利技术半燃料电池所使用的阳极(铝)和氧化剂(过氧化氢)都是很非 常容易获得的原料，而且具有较低的价格，从而降低了整个电池的成本；2、 本专利技术半燃料电池还可以利用海水作为电解质，在海洋中应用具有更大 的优势，特别适合于作为水下运载器的动力源。3、 本专利技术半燃料电池所使用的原料都容易贮存，而且由于自身携带了氧化 剂，尤其适合应用于水下或外太空等没有空气的场合。4、 本专利技术半燃料电池性能指标高，单电池最高开路电压达到了 1.4V以上； 最大电流密度达到了 130mA/cr^以上；最大功率密度达到了 60mW/cm2。5、 本专利技术半燃料电池可以使用较高浓度的&02。附图说明图1是本专利技术半燃料电池壳体及壳体内的结构示意图； 图2是本专利技术半燃料电池的结构示意图；图3是本专利技术半燃料电池中阳极流道/阴极流道的结构示意图；其中l一燃料电池本体，ll一阳极壳体，12—阴极壳体，21—阳极，22 一膜阴极，3—壳体密封圈，41一阳极流道，42—阴极流道，51—阳极接头，52 一阴极接头，61—电解质入口， 62—氧化剂入口， 71—电解质出口， 72—氧化 剂出口， 8—接头密封圈，9一固连装置，IO—蠕动泵，A—电解质供应系统，B 一氧化剂供应系统。具体实施方式一种半燃料电池，参见图1和图2，包括燃料电池本体、电解质供应系统、氧化剂供应系统以及连接燃料电池本体、电解质供应系统、氧化剂供应系统的 蠕动泵；其中燃料电池本体包括阳极壳体、阴极壳体以及设置在阳极壳体和阴极壳体之间的阳极系统和阴极系统，阳极系统包括电解质入口、阳极流道、阳极、阳极接头以及电解质出口；阴极系统包括氧化剂入口、膜阴极、阴极接头、 阴极流道和氧化剂出口。在阳极壳体和阴极壳体内各加工一个由阶梯状的矩形 槽来放置阳极、膜阴极、阳极流道和阴极流道，两个壳体使用固连装置连接在 一起， 一般采用螺栓连接，通过壳体密封圈进行密封。阳极流道使阳极和膜阴 极保持一定的距离，膜阴极将阳极流道和阴极流道隔开，阳极、阳极流道和膜 阴极就共同构成了电解质的反应容腔；而阴极壳体、阴极流道和膜阴极就构成 了过氧化氢的反应容腔。电解质和过氧化氢分别通过电解质入口和氧化剂入口 进入到各自的反应容腔中，在阳极和膜阴极分别发生不同的电化学反应并释放 出电能，通过膜阴极进行离子交换，反应后的溶液则分别通过电解质出口和氧 化剂出口排出电池。电解质采用NaOH或KOH并可添加氧化镓添加剂，利用蠕动 泵连续供应。阳极壳体和阴极壳体以及流道的材料均采用聚四氟乙烯，因为聚 四氟乙烯与过氧化氢一级相容并且可以进行机械加工。阳极接头和阴极接头则 选用导电性能良好的紫铜T2来制作，在阳极接头与阳极壳体以及阴极接头与阴 极壳体间分别采用接头密封圈进行密封，防止电解质和过氧化氢的泄露。阳极 材料采用一定形状的铝，膜阴极材料采用金属镍，膜阴极还可选用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半燃料电池，包括燃料电池本体（１）、电解质供应系统（Ａ）、氧化剂供应系统（Ｂ）以及连接燃料电池本体（１）、电解质供应系统（Ａ）和氧化剂供应系统（Ｂ）的蠕动泵（１０），其特征在于：所述燃料电池本体（１）包括可固连密封在一起的阳极壳体（１１）、阴极壳体（１２）以及设置在阳极壳体（１１）和阴极壳体（１２）之间的阳极系统和阴极系统；所述阳极系统包括设置在阳极壳体（１１）内的电解质入口（６１）、阳极接头（５１）和电解质出口（７１）以及由内至外设置在阳极壳体（１１）内侧面的阳极（２１）和阳极流道（４１）；所述阴极系统包括设置在阴极壳体（１２）内的氧化剂入口（６１）、阴极接头（５２）和氧化剂出口（７２）以及由内至外设置在阴极壳体（１２）内侧面的阴极流道（４２）和膜阴极（２２）；所述电解质供应系统（Ａ）、蠕动泵（１０）、电解质入口（７１）、阳极流道（４１）、电解质出口（７１）构成电解质通路；所述氧化剂供应系统（Ｂ）、蠕动泵（１０）、氧化剂入口（６２）、阴极流道（４２）、氧化剂出口（７２）构成氧化剂通路；所述阳极（２１）、阳极流道（４１）和膜阴极（２２）共同构成电解质的反应容腔，所述阴极壳体（１２）、阴极流道（４２）和膜阴极（５２）共同构成氧化剂的反应容腔。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘昌波，李福云，兰晓辉，林革，刘铭，唐虎，
申请(专利权)人：中国航天科技集团公司第六研究院第十一研究所，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]