复合极燃料电池制造技术

本实用新型专利技术是一种结合了碱性燃料电池(AFC)和金属半燃料电池(MSFC)特点的新型燃料电池，本实用新型专利技术的主体结构类似碱性燃料电池，电极由阳极和阴极组成，在阳极表面安装多个阳极辅电极，在阴极表面安装多个阴极辅电极，组成复合电极。阳极和阴极安装于绝缘框架上，再将绝缘框架整体放置于电解质槽体中。槽体两侧分别有一个电解质的进出口，均连接循环管，循环管与循环泵及电解质存储罐构成循环系统。电池工作时，阳极通入氢气(H2)，阴极通入氧气(O2)，产生相应电化学反应，并在阳极与阴极间产生电压。阳极辅电极的析氢副反应产生氢，成为阳极的原料，使催化剂得到保护。循环泵使得电解质在管道中不断循环，清除溶液中的有害物质，并不断补充OH-，克服了不良电解质影响电池性能的缺陷。本实用新型专利技术保留了AFC电池和MSFC电池的优点，克服了它们各自的缺点，大大降低了燃料电池的总成本，从而极大促进燃料电池的普及化。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术是一种结合了碱性燃料电池(AFC)和金属半燃料电池(MSFC)特点的新型燃料电池，属于清洁能源领域。碱性燃料电池(AFC)是最早开发并应用的燃料电池，金属半燃料电池(MSFC)是兼具燃料电池和电池特征的能量转换 装置，二者均被认为是新世纪首选的洁净高效的发电技术。
技术介绍
本技术参考的燃料电池有以下两种I、碱性燃料电池，其阳极与阴极间是电解质层，阳极通入氢气(H2)，阴极通入氧气(O2)，在一定条件下发生总反应为1/2 02+H2 —H2O,并在阳极与阴极间产生电压。碱性燃料电池的优点为工作性能好，尤其低温工作性能好，启动容易，电池系统成本不高；缺点为电极使用的催化剂较贵，最好用纯氢和纯氧。2、金属半燃料电池，其阳极置于电池壳内，阴极可作为电池壳，之间注入电解质液，在一定条件下发生总反应为Χ+02+Η20 — X(OH)+0H_，并在阳极与阴极间产生电压。其电池的优点为能量密度高，电池电压高，放电电压平稳，不需要催化剂，工艺技术要求较低，运行安全可靠；缺点是金属阳极要不断被消耗，且阳极产生析氢副反应使上述优点大打折扣。综上所述，燃料电池实际为一能量转换装置，被看作是继火力发电、水力发电、核电之后的第四种发电方式。它通过电化学反应直接将燃料的化学能转化为电能，转换效率高(75% 100% )，容量大，比能量高(3600wn/k8)，功率范围广(从I瓦到兆瓦级)，不用充电，使用方便，结构简单，无污染，无噪声。燃料电池广泛应用于发电站、交通运输(如汽车、船舰、飞机、火车)、便携电子设备、航天、机器人等处，它还特别适用于建设分电站，省去集中式电网所需的远程输电设备(如变压器、输电线等)，节省大量铜材等资源，解决因电网输电出现故障或遭到破坏造成大面积停电瘫痪，以及输电过程中约20%的能量损耗。由于我国需大量进口能源如石油等，发展新型燃料电池对于国家能源安全是十分重要的。
技术实现思路
金属半燃料电池在工作时阳极产生析氢(H)副反应，会使电池的优点大打折扣，而碱性燃料电池的阳极又需要氢作为原料来工作。以金属阳极铝棒为例，其析氢副反应为A1+H20+0F — Al (OH) x+H,该副产物正好为碱性燃料电池的原料。为了克服碱性燃料电池和金属半燃料电池的缺点，本技术提出一种综合两者优点的全新技术方案，使用复合电极，首先充分利用金属半燃料电池的析氢副反应，氢成为碱性燃料电池阳极的原料，使催化剂得到保护，延长其工作寿命。其次，两种燃料电池都使用碱性水溶液作电解质，本技术使电解质在管道中不断循环，清除溶液中的有害物质，并不断补充Off，克服了不良电解质影响电池性能的缺陷，既提高了电池效率，又不需附加冷却系统,延长电池的工作寿命。如图I所示，本技术的主体结构类似碱性燃料电池，电极由阳极I和阴极2组成，阳极I和阴极2安装于绝缘框架上，再将绝缘框架整体放置于电解质槽体中。在阳极I表面安装多个阳极辅电极8，在阴极I表面安装多个阴极辅电极9，组成复合电极。阳极I和阴极2中间是电解质3。阳极I 一侧是H2的进出气槽孔，阴极2 —侧是O2的进出气槽孔，槽体两边应密封以使氢和氧不能直接接触。槽体两侧分别有一个电解质的进出口，均连接循环管4，供电解质3流动循环用。如图2所示，阳极I用铁(Fe)作基板 7，并使用照相光刻腐蚀工艺做成穿孔10，穿孔10的粗孔径< =30微米，细孔径< =15微米，粗孔径为细孔径的2 3倍，粗孔长度为细孔长度的2 3倍。基板7的粗孔径面对进气面，细孔径面对电解质，并在其表面用真空溅散工艺涂复一层厚度为I微米 10微米的镍层11。在阳极I表面安装多个阳极辅电极8，为齿柱形的铝/镁的金属棒，基板7与阳极辅电极8是电接触即等电位连接的。阴极2的结构与阳极I 一样，同样用铁(Fe)作基板7并做成双孔结构，可以不镀镍，在阴极2表面安装多个阴极辅电极9，为瓶刷状的碳纤维棒，基板7与阴极辅电极9是电接触即等电位连接的。如图3所示，阳极辅电极是齿柱形的金属棒，铝/镁材质。如图4所示，阴极辅电极是瓶刷状的碳纤维棒。辅电极与基板组成复合电极，这样的结构具有尽量大的表面积，是本技术的关键部件。在图5所示的实施例中，阳极辅电极8与阴极辅电极9在基板上交叉间隔安置，间距尽可能小但不可接触，分别组成阳极I和阴极2。阳极I和阴极2安装于绝缘框架上，再将绝缘框架整体放置于电解质槽体中。槽体两侧分别有一个电解质的进出口，均连接循环管4。循环管4与循环泵5及电解质存储罐6构成循环系统，电解质为30 85%的KOH水溶液或KOH与过氧化氢(H2O2)的混合溶液，电解质通过循环泵5和储存罐6实现循环，这样就形成了一个单电池，根据用途可以用多个这样的单电池并联或串联组合成整体电池。本实施例中，三个单电池并联，组合成整体电池。电池中电极的工作面积决定了电池输出的工作电流，电极串联的数目决定了电池的输出电压。电池工作时，阳极通入氢气(H2),阴极通入氧气(O2)，产生相应电化学反应，并在阳极与阴极间产生电压。阳极辅电极的析氢副反应产生氢，成为阳极的原料，同时使催化剂得到保护，延长其工作寿命。循环泵使得电解质在管道中不断循环，清除溶液中的有害物质，并不断补充0H—，克服了不良电解质影响电池性能的缺陷。附图说明附图说明，图I是本技术的电池结构图，图2是本技术的电极(阳极与阴极)的剖面图，图3是阳极辅电极的轴测图，图4是阴极辅电极的轴测图，图5是本技术的一个实施例的原理示意图。(五)有益效果本技术保留了碱性燃料电池和金属半燃料电池的优点，克服了它们各自的缺点。便于装拆的框架结构使电池在工作寿命终期时，可以快速更换阳极和阴极，大大增加电池的实际使用寿命，便于电池的使用和维护。本技术所使用的材料价格均较便宜，大大降低了燃料电池的总成本，便于推广应用，从而极大促进燃料电池的普及化，为解决中国的能源问题提供了技术基础。·权利要求1.一种结合了碱性燃料电池(AFC)和金属半燃料电池(MSFC)特点的新型燃料电池，其特征是主体结构类似碱性燃料电池，电极由阳极⑴和阴极⑵组成，阳极⑴和阴极(2)安装于绝缘框架上，再将绝缘框架整体放置于电解质槽体中。2.根据权利要求I所述燃料电池，其特征是阳极(I)和阴极(2)用铁(Fe)作基板(7)，并使用照相光刻腐蚀エ艺做成穿孔(10)，穿孔(10)的粗孔径<=30微米，细孔径<=15微米，粗孔径为细孔径的2 3倍，粗孔长度为细孔长度的2 3倍。3.根据权利要求I所述燃料电池，其特征是基板(7)的粗孔径面对进气面，细孔径面对电解质。4.根据权利要求I所述燃料电池，其特征是阳极(I)表面用真空溅散エ艺涂复ー层厚度为I微米 10微米的镍层(11)，阴极(2)表面可以不镀镍。5.据权利要求I所述燃料电池，其特征是在阳极(I)表面安装多个阳极辅电极(8)，基板⑵与阳极辅电极⑶是电接触即等电位连接的。6.根据权利要求I所述燃料电池，其特征是阳极辅电极(8)是齿柱形的金属棒，铝/镁材质。7.根据权利要求I所述燃料电池，其特征是在阴极(2)表面安装多个阴极辅电极(9)，基板⑵与阴极辅电极(9)是电接触即等电位连接的。8.根据权利要求I所述燃料电池，其特征是阴极辅电极(9本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种结合了碱性燃料电池(AFC)和金属半燃料电池(MSFC)特点的新型燃料电池，其特征是主体结构类似碱性燃料电池，电极由阳极(1)和阴极(2)组成，阳极(1)和阴极(2)安装于绝缘框架上，再将绝缘框架整体放置于电解质槽体中。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：尹华文，尹梦寒，
申请(专利权)人：尹华文，
类型：实用新型
国别省市：