一种镁海水溶解氧电池发电系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术属于金属半燃料电池的技术领域，具体涉及一种镁海水溶解氧电池发电系统及其控制方法，该发电系统包括：镁海水溶解氧电池，包括镁合金阳极，惰性碳阴极，海水电解液；用电管理模块，包括PH计、电池管理器与执行部件，PH计置于阴极，PH计与电池管理器电信号连接，电池管理器与执行部件电信号连接，执行部件与镁海水溶解氧电池电连接。本发明专利技术通过PH计检测惰性碳电极周围水体的PH值，通过电池管理器判断测得的PH值是否大于阈值，在判定出测得的PH值大于阈值时，控制执行部件进行工作，降低惰性碳电极周围海水的OH

【技术实现步骤摘要】
一种镁海水溶解氧电池发电系统及其控制方法


[0001]本专利技术属于金属半燃料电池的
，具体涉及一种镁海水溶解氧电池发电系统及其控制方法。

技术介绍

[0002]镁海水溶解氧电池或镁海水电池是一次电池，采用金属镁合金作为负极，以惰性碳电极作为正极，电池采用开放式结构，浸入海水中即可稳定工作。利用海水中含有的溶解氧作为阴极活性物质在碳正极表面还原发电。由于该电池的功率主要受限于惰性阴极对氧气的催化速度，海水中低的溶解氧浓度有限，决定了电池只能以低功率输出，所以该镁海水电池主要用于低功率、长时间运行的深海监测装备。镁海水溶解氧电池以经活化处理碳材料作为正极，海水中的溶解氧经碳材料表面的官能团催化还原，与镁合金氧化构成电对，产生电能。电池的反应如下：
[0003]阳极反应：Mg+2OH
－
→
Mg(OH)2↓
+2e
－
‑
2.37V；
[0004]阴极反应：O2+2H2O+4e
－
→
4OH
－
0.40V；
[0005]镁海水溶解电池是水下长期探测装置及传感器的理想配套电源。镁海水电池有如下优点：(1)能量密度高：由于电解质和阴极活性物质直接取自于电池周围的海水，无需携带，电池放电时唯一消耗的电池材料就是高比容量的镁阳极，按镁计算的理论比容量为2230Ah/kg；(2)结构简单：浸入海水中即可稳定工作，不需要耐压容器保护，结构简单，电池系统重量大幅度降低；(3)耐深海环境性能好：由于是开放式结构，因此在浅海、深海均可应用；(4)安全：贮存、运输、使用期间均不会发生燃烧、爆炸，安全性极好；(5)贮备寿命长：干态方式贮存，无自放电，可长期贮存；(6)低成本：电极材料价格低廉，对于大规模部署应用，具有绝对成本优势；(7)隐蔽性好：电池浸没在海水中，无噪声，与海水环境无温度差，相对于太阳电池等其他电源隐蔽性好；(8)绿色环保：不产生环境污染，对海洋生态无干扰破坏；(9)低温性能好：相对于锂电池在深海工作时只能释放出50％左右的容量，镁海水电池在低温下并不影响其性能的发挥。
[0006]但是，镁海水电池采用开放式结构，直接以海水作为电解液，将海水中的溶解氧作为正极活性物质，导致电池性能直接受限于海水环境，其中，海水的温度、盐度、流速、溶解氧浓度、PH值、无机碳总浓度DIC等参数对电池性能影响较大。尤其是氧还原后，碳纤维周围海水的PH值上升，OH
‑
便与海水中的HCO3‑
反应生成CO
32
‑
，反应式如下：
[0007]OH
‑
+HCO3‑
→
CO
32
‑
+H2O
[0008]而海水中含有大量的钙、镁离子，生成的OH
‑
和CO
32
‑
便可以与钙、镁离子发生反应生成CaCO3和Mg(OH)2沉淀，这些沉淀物覆盖碳纤维表面，阻挡催化活性官能团与海水中的溶解氧接触，造成正极催化活性下降，进而影响电池的工作电压，降低电池的工作寿命。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的在于：针对现有技术的不足，提供一种镁海水溶解氧电池发电系统
及其控制方法，能够减少沉淀物覆盖碳纤维表面，使催化活性官能团与海水中的溶解氧接触，提升正极催化活性，进而不影响电池的工作电压，提高电池的工作寿命。
[0010]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0011]第一方面，本专利技术提供了一种镁海水溶解氧电池发电系统，包括：
[0012]镁海水溶解氧电池，包括阳极、阴极与电解液，所述阳极为镁合金，所述阴极为惰性碳电极，所述电解液为海水；
[0013]用电管理模块，包括PH计、电池管理器与执行部件，所述PH计置于所述阴极，所述PH计与所述电池管理器电信号连接，所述电池管理器与所述执行部件电信号连接，所述执行部件与所述镁海水溶解氧电池电连接。
[0014]优选的，所述执行部件包括DC/DC升压变换器、潜水泵与蓄电池组中的一种或多种。
[0015]优选的，所述惰性碳电极以钛丝作为集流体，在所述集流体设置有多个碳纤维丝束形成碳纤维刷，所述PH计设置在所述碳纤维刷内。
[0016]优选的，所述钛丝的结构为麻花状结构，所述碳纤维丝束穿过所述钛丝并固定于所述钛丝。
[0017]优选的，所述用电管理模块还包括数据存储器，所述数据存储器与所述电池管理器电信号连接，用于存储试验数据。
[0018]第二方面，本专利技术提供了一种镁海水溶解氧电池发电系统的控制方法，包括以下步骤：
[0019]将PH计放置在镁海水溶解氧电池的阴极，测量所述阴极周围海水的PH值；
[0020]所述PH计将测量的所述PH值输入给电池管理器，所述电池管理器比较所述PH值与阈值；
[0021]所述电池管理器判定所述PH值高于阈值，发送指令给执行部件；
[0022]所述执行部件接收所述指令，控制所述镁海水溶解氧电池的输出电流，或者控制所述海水的流速，或者对所述镁海水溶解氧电池进行充电。
[0023]优选的，所述执行部件为DC/DC升压变换器，所述DC/DC升压变换器接收所述指令后，所述DC/DC升压变换器控制镁海水溶解氧电池的输出电流减小。
[0024]优选的，所述执行部件为DC/DC升压变换器，所述DC/DC升压变换器接收所述指令后，所述DC/DC升压变换器控制镁海水溶解氧电池停止输出电流，所述PH计实时检测所述PH值，当所述电池管理器判定所述PH值降低至所述阈值以下，所述DC/DC升压变换器恢复海水溶解氧电池输出电流。
[0025]优选的，所述执行部件为潜水泵，所述潜水泵接收所述指令后开始工作，当所述电池管理器判定所述PH值降低至所述阈值以下，所述电池管理器关断所述潜水泵。
[0026]优选的，所述执行部件包括DC/DC升压变换器与蓄电池组，所述DC/DC升压变换器与所述蓄电池组接收所述指令后，所述DC
‑
DC升压变换器停止镁海水溶解氧电池输出电流，并由所述蓄电池组为镁海水溶解氧电池充电，所述PH计实时检测所述PH值，当所述电池管理器判定所述PH值降低至所述阈值以下，所述电池管理器关断所述DC/DC升压变换器与所述蓄电池组。
[0027]本专利技术的有益效果在于：
[0028]本专利技术通过PH计检测惰性碳电极周围水体的PH值，通过电池管理器判断测得的PH值是否大于阈值，电池管理器能够计算出惰性碳表面CaCO3的过饱和度，在达到碳酸钙沉淀生成条件时，即在判定出测得的PH值大于阈值时，控制执行部件进行工作，降低惰性碳电极周围海水的OH
‑
的浓度，从而避免惰性碳电极表面生成CaCO3和Mg(OH)2沉淀，有效地延长镁海水溶解氧电池的工作寿命。
附图说明
[0029]下面将参考附图来描述本专利技术示例性实施方式的特征、优点和技术效本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种镁海水溶解氧电池发电系统，其特征在于，包括：镁海水溶解氧电池，包括阳极、阴极与电解液，所述阳极为镁合金，所述阴极为惰性碳电极，所述电解液为海水；用电管理模块，包括PH计、电池管理器与执行部件，所述PH计置于所述阴极，所述PH计与所述电池管理器电信号连接，所述电池管理器与所述执行部件电信号连接，所述执行部件与所述镁海水溶解氧电池电连接。2.如权利要求1所述的镁海水溶解氧电池发电系统，其特征在于，所述执行部件包括DC/DC升压变换器、潜水泵与蓄电池组中的一种或多种。3.如权利要求2所述的镁海水溶解氧电池发电系统，其特征在于，所述惰性碳电极以钛丝作为集流体，在所述集流体设置有多个碳纤维丝束形成碳纤维刷，所述PH计设置在所述碳纤维刷内。4.如权利要求3所述的镁海水溶解氧电池发电系统，其特征在于，所述钛丝的结构为麻花状结构，所述碳纤维丝束穿过所述钛丝并固定于所述钛丝。5.如权利要求1所述的镁海水溶解氧电池发电系统，其特征在于，所述用电管理模块还包括数据存储器，所述数据存储器与所述电池管理器电信号连接，用于存储试验数据。6.一种镁海水溶解氧电池发电系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：将PH计放置在镁海水溶解氧电池的阴极，测量所述阴极周围海水的PH值；所述PH计将测量的所述PH值输入给电池管理器，所述电池管理器比较所述PH值与阈值；所述电池管理器判定所述PH值高于阈值，发送指令给执行部件；所述执行部件接收所述指令，控制所述镁海水溶解氧电池的输...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宇轩，周灿，刘延东，赵青，葛薇薇，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十八研究所，
类型：发明
国别省市：