專利名稱：一種可更換燃料的鋁、鎂合金燃料電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鋁、鎂合金燃料電池，具體涉及一種可更換燃料的鋁、鎂合金燃料電 池。
背景技術(shù)：
眾所周知，電是人們生活中的主要能源之一，燃料電池是將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電 能和熱能的新型電池，其與常規(guī)電池的不同之處在于，只要有燃料和氧化劑供給，就會(huì)有持 續(xù)不斷的電力輸出。它因能量轉(zhuǎn)換效率高、無(wú)污染、啟動(dòng)快、電池壽命長(zhǎng)、比功率、比能量高 等優(yōu)點(diǎn)，而在固定發(fā)電系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)用電源、分布式電源、空間飛行器電源及交通工具用電源 方面有廣闊的應(yīng)用前景。而與傳統(tǒng)電池相比，燃料電池的能量至少要高10倍。目前燃料電 池主要包括堿性燃料電池磷酸燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、固態(tài)氧化次燃料電池、質(zhì)子 交換膜燃料電池、直接甲醇燃料電池等，不管何種燃料電池，其結(jié)構(gòu)中都必然包括陽(yáng)極、陰 極和位于陽(yáng)極和陰極之間的電解質(zhì)。例如鋅空氣燃料電池，采用鋅合金為陽(yáng)極，氫氧化鉀(KOH)為電解質(zhì)，在使用過(guò)一 段時(shí)間后，陽(yáng)極板完全反應(yīng)，必須將該反應(yīng)完成的陽(yáng)極板予以更換，以使該鋅空氣電池能維 持供電的狀態(tài)。然而，現(xiàn)有的燃料電池，陽(yáng)極是不能更換的，當(dāng)陽(yáng)極完全反應(yīng)完了，整個(gè)燃料 電池也就沒(méi)用了，除非對(duì)燃料電池進(jìn)行充電，使陽(yáng)極還原，這就與電池是輸出電能的動(dòng)力源 相違背了。公開(kāi)號(hào)為CN 2593376，
公開(kāi)日為2002年11月4日，公開(kāi)了一種金屬空氣燃料電池 的鋅匣補(bǔ)給更換裝置，其包括有一箱體；一鋅匣儲(chǔ)料槽，供儲(chǔ)放復(fù)數(shù)個(gè)鋅匣，其底部開(kāi)設(shè)有 一鋅匣送出槽口 ；一電池導(dǎo)入機(jī)構(gòu)，配置在該箱體的接收及準(zhǔn)備區(qū)，且承置一送入的金屬空 氣燃料電池，并該金屬空氣燃料電池移送至該鋅匣儲(chǔ)料槽的鋅匣送出槽口下方。由于該技 術(shù)為鋅空燃料電池，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其電解液因?yàn)榫吒g性甚至有毒害，更換要求相當(dāng)高，且其 具體結(jié)構(gòu)和原理、反應(yīng)都與鋁、鎂合金燃料電池千差萬(wàn)別，故該方案并不適用于鋁、鎂合金 燃料電池。申請(qǐng)人:之前申請(qǐng)過(guò)公開(kāi)號(hào)CN101(^6255，
公開(kāi)日2007年8月四日，申請(qǐng)?zhí)枮?200710073300. 2，發(fā)明名稱為改性鋁、鎂合金燃料電池的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)，但包括該申請(qǐng) 在內(nèi)的其它鋁、鎂合金燃料電池并未公開(kāi)可以更換燃料的方案。
發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種裝配方便，維護(hù)簡(jiǎn)單，可方便的更換 燃料的鋁、鎂合金燃料電池。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下一種可更換燃料的鋁、鎂合金燃 料電池，包括附有空氣電極板的電化學(xué)反應(yīng)腔、金屬電極板、上電解液腔以及防止電解液泄 漏的密封裝置，所述上電解液腔頂端設(shè)有上端蓋；所述電化學(xué)反應(yīng)腔設(shè)于上電解液腔的下 端，電化學(xué)反應(yīng)腔與上電解液腔相互連通；所述電化學(xué)反應(yīng)腔的一側(cè)面開(kāi)有陽(yáng)極插口，所述陽(yáng)極插口的開(kāi)口大小與金屬電極板相配；所述金屬電極板的一端設(shè)有串并聯(lián)導(dǎo)電端子。電化學(xué)反應(yīng)腔的下端還設(shè)有下電解液腔，電化學(xué)反應(yīng)腔與下電解液腔相互連通， 所述下電解液腔的底部設(shè)有下端蓋。所述的密封裝置包括彈性密封墊圈及陽(yáng)極固定板；所述陽(yáng)極插口的邊緣設(shè)有墊圈 凹槽，所述的彈性密封墊圈設(shè)于墊圈凹槽上；所述的陽(yáng)極固定板由絕緣材料制成；所述串 并聯(lián)導(dǎo)電端子固定于陽(yáng)極固定板上，所述陽(yáng)極固定板的大小與電化學(xué)反應(yīng)腔開(kāi)有陽(yáng)極插口 的一側(cè)面相配，所述陽(yáng)極固定板與金屬電極板之間留有間隙；所述陽(yáng)極固定板的內(nèi)側(cè)設(shè)有 凸條，所述凸條的大小與陽(yáng)極插口相配；所述陽(yáng)極固定板的內(nèi)側(cè)還設(shè)有環(huán)形凸棱，所述環(huán)形 凸棱的大小與彈性密封圈相配；上電解液腔的底端設(shè)有上限位孔，下電解液腔的頂端設(shè)有 下限位孔，所述的上限位孔處于下限位孔的正上方，所述上、下限位孔均處于陽(yáng)極插口的外 側(cè)，所述的上、下限位孔以棍式彈簧連接。所述陽(yáng)極插口設(shè)于電化學(xué)反應(yīng)腔的一側(cè)面的中部位置。所述串并聯(lián)導(dǎo)電端子與金屬電極板的連接方式為鉚接。為了使單個(gè)的鋁、鎂合金燃料電池可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行串聯(lián)、并聯(lián)或串并聯(lián)使用， 所述串并聯(lián)導(dǎo)電端子的數(shù)量為二；所述電化學(xué)反應(yīng)腔的正面及背面均設(shè)有陰極固定隔柵， 所述陰極固定隔柵由絕緣材料制成，所述陰極固定隔柵上設(shè)有凸起；所述的上、下電解液腔 的正面及背面均設(shè)有凹孔及凸柱，所述凹孔與凸柱相互配合；所述上電解液腔的表面設(shè)有 條形凸棱。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，有效克服了現(xiàn)有的燃料電池的缺陷，在技術(shù)性能上體現(xiàn) 出綜合優(yōu)勢(shì)，具體表現(xiàn)在1、獨(dú)特的金屬電極抽換結(jié)構(gòu)和密封結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)方便的對(duì)反應(yīng)完全的金屬電極板 進(jìn)行更換，特別是位于中部的金屬電極結(jié)構(gòu)布置，電極側(cè)面的電化學(xué)反應(yīng)有利于實(shí)現(xiàn)更好 的電解液對(duì)流，反應(yīng)更充分；2、下電解液腔設(shè)有的下端蓋可方便地排出反應(yīng)后的殘?jiān)?，延長(zhǎng)使用壽命；3、上電解液腔設(shè)有的上端蓋既方便加入電解液，也可以在使用中，很好的排出反 應(yīng)熱量，起到散熱作用。4、上、下電解液腔的表面設(shè)有凹凸連接結(jié)構(gòu)，可方便地使單個(gè)燃料電池組裝結(jié)合， 成為電池組，滿足不同環(huán)境下的使用需求。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的安裝示意圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例的金屬電極板及其陽(yáng)極固定板的背面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖1和2所示，一種可更換燃料的鋁、鎂合金燃料電池，包括附有空氣電極的電 化學(xué)反應(yīng)腔1、金屬電極板2、上電解液腔3、下電解液腔4以及防止電解液泄漏的密封裝置。 本實(shí)施例的電化學(xué)反應(yīng)腔1與金屬電極板2的制作材料均采用申請(qǐng)?zhí)枮?00710073300. 2 的“改性鋁、鎂合金燃料電池”中的相對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)的材料，即所述的金屬電極板2為改性鋁、鎂 合金陽(yáng)極，電化學(xué)反應(yīng)腔1為空氣電極，而使用時(shí)，電化學(xué)反應(yīng)腔1及上電解液腔3、下電解液腔4內(nèi)充滿的電解液為含鹽的中性電解液。所述的上電解液腔3頂端設(shè)有上端蓋5，用于添加電解液和使用時(shí)對(duì)流散熱；上電 解液腔3的正面及背面均設(shè)有凹孔32及凸柱31，而且凹孔32及凸柱31可相互配合，即多 個(gè)的燃料電池可通過(guò)這種凹凸結(jié)構(gòu)組裝結(jié)合起來(lái)，成為電池組；所述的上電解液腔3的正 面及背面還設(shè)有具有散熱功能的條形凸棱33，從而延長(zhǎng)燃料電池的使用壽命。所述的下電解液腔4的底部設(shè)有下端蓋6，用于排放反應(yīng)后的殘?jiān)海幌码娊庖呵?4的正面及背面也設(shè)有與上電解液腔3功能相同的凹孔及凸柱。所述的電化學(xué)反應(yīng)腔1設(shè)于上、下電解液腔3、4之間，而且電化學(xué)反應(yīng)腔1分別與 上、下電解液腔3、4相互連通；所述電化學(xué)反應(yīng)腔1的一側(cè)面開(kāi)有陽(yáng)極插口 7，所述陽(yáng)極插 口設(shè)于電化學(xué)反應(yīng)腔的一側(cè)面的中部位置，所述陽(yáng)極插口 7的開(kāi)口大小與金屬電極板2相 配，即金屬電極板2可以通過(guò)陽(yáng)極插口 7進(jìn)入電化學(xué)反應(yīng)腔1內(nèi)，并且位于電化學(xué)反應(yīng)腔 1的中部，從而使金屬電極板2兩面都可以與電解液充分接觸，從而提高化學(xué)反應(yīng)效率和使 用效率；所述金屬電極板2的一端設(shè)有串并聯(lián)導(dǎo)電端子10，所述串并聯(lián)導(dǎo)電端子10與金屬 電極板2的連接方式為鉚接；所述串并聯(lián)導(dǎo)電端子10的數(shù)量為二，即單個(gè)的鋁、鎂合金燃料 電池可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行串聯(lián)、并聯(lián)或串并聯(lián)使用，二個(gè)串并聯(lián)導(dǎo)電端子10接線更方便， 截面積更大。所述電化學(xué)反應(yīng)腔1的正面及背面對(duì)稱地設(shè)置有陰極固定隔柵14，所述陰極 固定隔柵14由絕緣材料制成，所述陰極固定隔柵14上設(shè)有凸起141，當(dāng)多個(gè)本實(shí)施例的燃 料電池組合使用時(shí)，凸起141可保證燃料電池之間的距離，從而防止了電池組合使用時(shí)電 化學(xué)反應(yīng)腔1短接的情況出現(xiàn)，即杜絕了陰極短接的危險(xiǎn)，并保證有效的空氣流動(dòng)空間。所述的密封裝置包括彈性密封墊圈9及陽(yáng)極固定板11，所述的陽(yáng)極固定板11由絕 緣材料制成。所述陽(yáng)極插口 7的邊緣設(shè)有墊圈凹槽8，所述的彈性密封墊圈9設(shè)于墊圈凹 槽8上；所述串并聯(lián)導(dǎo)電端子10固定于陽(yáng)極固定板11上，所述陽(yáng)極固定板11的大小與電 化學(xué)反應(yīng)腔1開(kāi)有陽(yáng)極插口 7的一側(cè)面相配，即陽(yáng)極固定板11可以完全覆蓋彈性密封墊圈 9。為了進(jìn)一步加強(qiáng)密封性能，防止電解液的泄漏，所述陽(yáng)極固定板11的內(nèi)側(cè)設(shè)有凸 條112，所述凸條112的大小與陽(yáng)極插口 7相配；所述陽(yáng)極固定板11的內(nèi)側(cè)還設(shè)有環(huán)形凸 棱111，所述環(huán)形凸棱111的大小與彈性密封圈9相配；上電解液腔3的底端設(shè)有上限位孔 (圖上未標(biāo)出)，下電解液腔4的頂端設(shè)有下限位孔12，所述的上限位孔處于下限位孔12的 正上方，所述上限位孔和下限位孔12均處于陽(yáng)極插口 7的外側(cè)，所述的上、下限位孔12以 棍式彈簧13連接。當(dāng)金屬電極板2完全插入電化學(xué)反應(yīng)腔1內(nèi)后，陽(yáng)極固定板11可完全 把陽(yáng)極插口 7密封，此時(shí)，再安裝棍式彈簧13，依靠棍式彈簧的推力，即可把陽(yáng)極固定板11 固定，即是說(shuō)，棍式彈簧13的設(shè)置，可以把陽(yáng)極固定板11完全固定于陽(yáng)極插口 7上，加強(qiáng)了 密封效果。為了實(shí)現(xiàn)電化學(xué)反應(yīng)時(shí)，電解液更好的對(duì)流散熱，所述陽(yáng)極固定板11與金屬電極 板2之間留有間隙，即串并聯(lián)導(dǎo)電端子10與陽(yáng)極固定板11的固定處，與金屬電極板2的邊 緣相距5-20mm，以形成無(wú)反應(yīng)的通道。由于陽(yáng)極金屬電極板2與串并聯(lián)導(dǎo)電端子為不同材 料，為防止不同金屬在本實(shí)施例的燃料電池中形成電位差，使用前應(yīng)用除油劑清洗位于電 化學(xué)反應(yīng)腔1內(nèi)部的串并聯(lián)導(dǎo)電端子10表面及金屬電極板2與串并聯(lián)導(dǎo)電端子10的接觸 處10-15mm的范圍，清洗完成后，再涂上0. 5mm的厚環(huán)氧磁漆，起防止該處先進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，從而消除破壞整體結(jié)構(gòu)的影響。本實(shí)施例的使用方法非常簡(jiǎn)單，先把金屬電極板2插入電化學(xué)反應(yīng)腔1內(nèi)，然后裝 上棍式彈簧13，即可把金屬電極板2固定于電化學(xué)反應(yīng)腔1的中部?jī)?nèi)；然后打開(kāi)上端蓋5， 往電解液腔內(nèi)添加電解液；最后，金屬電極板的串并聯(lián)導(dǎo)電端子10作為負(fù)極，電化學(xué)反應(yīng) 腔1的空氣電極板作為正極，接入電路即可使用。若實(shí)際情況需要多個(gè)燃料電池組合使用， 可以先把多個(gè)燃料電池通過(guò)凹凸結(jié)構(gòu)組裝在一起，然后按照串聯(lián)、并聯(lián)或串并聯(lián)方式把單 個(gè)的燃料電池組裝并連接，接入電路即可使用。當(dāng)燃料電池的燃料耗盡時(shí)，只需先打開(kāi)下端蓋6，排出反應(yīng)后的殘?jiān)海蝗缓箨P(guān)閉 下端蓋6 ；接著把棍式彈簧13取出，抽出反應(yīng)完全的金屬電極板2，插入新的金屬電極板2， 再安裝棍式彈簧13 ；最后，打開(kāi)上端蓋5，添加適量的電解液，使電解液充滿整個(gè)電化學(xué)反 應(yīng)腔1，或加至電解液也充滿上電解液腔3，從而使金屬電極2的兩側(cè)與電解液充分接觸，關(guān) 閉上端蓋5，即可使燃料電池重新投入使用，產(chǎn)生電能。以上所述的實(shí)施例，只是本發(fā)明較優(yōu)選的具體實(shí)施方式
的一種，例如上述實(shí)施例 可以不設(shè)有下電解液腔，反應(yīng)后的殘?jiān)嚎蓮纳隙松w倒出，所以本領(lǐng)域技術(shù)人員在本發(fā)明 方案范圍內(nèi)進(jìn)行的通常變化和替換都應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種可更換燃料的鋁、鎂合金燃料電池，包括附有空氣電極板的電化學(xué)反應(yīng)腔、金屬 電極板以及上電解液腔，其特征在于還包括防止電解液泄漏的密封裝置；所述上電解液 腔頂端設(shè)有上端蓋；所述電化學(xué)反應(yīng)腔設(shè)于上電解液腔的下端，電化學(xué)反應(yīng)腔與上電解液 腔相互連通；所述電化學(xué)反應(yīng)腔的一側(cè)面開(kāi)有陽(yáng)極插口，所述陽(yáng)極插口的開(kāi)口大小與金屬 電極板相配；所述金屬電極板的一端設(shè)有串并聯(lián)導(dǎo)電端子。
2.如權(quán)利要求1所述的一種可更換燃料的鋁、鎂合金燃料電池，其特征在于電化學(xué)反 應(yīng)腔的下端設(shè)有下電解液腔，電化學(xué)反應(yīng)腔與下電解液腔相互連通；所述下電解液腔的底 部設(shè)有下端蓋。
3.如權(quán)利要求2所述的一種可更換燃料的鋁、鎂合金燃料電池，其特征在于所述的密 封裝置包括彈性密封墊圈及陽(yáng)極固定板；所述陽(yáng)極插口的邊緣設(shè)有墊圈凹槽，所述的彈性 密封墊圈設(shè)于墊圈凹槽上；所述的陽(yáng)極固定板由絕緣材料制成，所述串并聯(lián)導(dǎo)電端子固定 于陽(yáng)極固定板上，所述陽(yáng)極固定板的大小與電化學(xué)反應(yīng)腔開(kāi)有陽(yáng)極插口的一側(cè)面相配，所 述陽(yáng)極固定板與金屬電極板之間留有間隙。
4.如權(quán)利要求3所述的一種可更換燃料的鋁、鎂合金燃料電池，其特征在于所述陽(yáng)極 固定板的內(nèi)側(cè)設(shè)有凸條，所述凸條的大小與陽(yáng)極插口相配；所述陽(yáng)極固定板的內(nèi)側(cè)還設(shè)有 環(huán)形凸棱，所述環(huán)形凸棱的大小與彈性密封圈相配。
5.如權(quán)利要求4所述的一種可更換燃料的鋁、鎂合金燃料電池，其特征在于上電解液 腔的底端設(shè)有上限位孔，下電解液腔的頂端設(shè)有下限位孔，所述的上限位孔處于下限位孔 的正上方，所述上、下限位孔均處于陽(yáng)極插口的外側(cè)，所述的上、下限位孔以棍式彈簧連接。
6.如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的一種可更換燃料的鋁、鎂合金燃料電池，其特征在于 所述陽(yáng)極插口設(shè)于電化學(xué)反應(yīng)腔的一側(cè)面的中部位置。
7.如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的一種可更換燃料的鋁、鎂合金燃料電池，其特征在于 所述串并聯(lián)導(dǎo)電端子的數(shù)量為二，所述串并聯(lián)導(dǎo)電端子與金屬電極板的連接方式為鉚接。
8.如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的一種可更換燃料的鋁、鎂合金燃料電池，其特征在于 所述電化學(xué)反應(yīng)腔的正面及背面均設(shè)有陰極固定隔柵，所述陰極固定隔柵由絕緣材料制 成，所述陰極固定隔柵上設(shè)有凸起。
9.如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的一種可更換燃料的鋁、鎂合金燃料電池，其特征在于 所述上電解液腔的正面及背面均設(shè)有凹孔及凸柱，所述凹孔與凸柱相互配合。
10.如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的一種可更換燃料的鋁、鎂合金燃料電池，其特征在 于所述上電解液腔的外表面設(shè)有條形凸棱。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種可更換燃料的鋁、鎂合金燃料電池，包括附有空氣電極板的電化學(xué)反應(yīng)腔、金屬電極板、上電解液腔以及防止電解液泄漏的密封裝置，所述上電解液腔頂端設(shè)有上端蓋；所述電化學(xué)反應(yīng)腔設(shè)于上電解液腔的下端，電化學(xué)反應(yīng)腔與上電解液腔相互連通；所述電化學(xué)反應(yīng)腔的一側(cè)面開(kāi)有陽(yáng)極插口，所述陽(yáng)極插口的開(kāi)口大小與金屬電極板相配；所述金屬電極板的一端設(shè)有串并聯(lián)導(dǎo)電端子。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有裝配方便，維護(hù)簡(jiǎn)單，可方便地更換燃料的優(yōu)點(diǎn)，并可以根據(jù)使用環(huán)境，對(duì)多個(gè)的燃料電池進(jìn)行串、并聯(lián)組裝使用。
文檔編號(hào)H01M12/06GK201853785SQ201020554758
公開(kāi)日2011年6月1日 申請(qǐng)日期2010年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月30日
發(fā)明者張學(xué)國(guó), 施建, 石輝, 程炳燁, 馬潤(rùn)芝 申請(qǐng)人:張學(xué)國(guó), 施建, 石輝, 程炳燁, 馬潤(rùn)芝