可長時(shí)間工作的大功率高容量海水電池、船形電池及船的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可長時(shí)間工作的大功率高容量海水電池，包括一個(gè)或多個(gè)由鎂基合金電極、空氣電極、空氣電極與鎂基合金電極之間所形成的反應(yīng)腔體以及位于空氣電極另一側(cè)的氣室所構(gòu)成的單元電池，單元電池承載于可浮于海面的浮動(dòng)體。本發(fā)明的電池可長時(shí)間懸浮于海面上工作，具有較高的移動(dòng)性，實(shí)用性強(qiáng)。同時(shí)，還可以基于這一海水電池將其改造為船形電池，并進(jìn)一步改造為無人船。
【專利說明】
可長時(shí)間工作的大功率高容量海水電池、船形電池及船
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可長時(shí)間工作的大功率高容量海水電池，同時(shí)還涉及以該海水電池為基礎(chǔ)制造的船形電池及船。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著陸地資源的匱乏及海洋開發(fā)力度的不斷加大，海洋工程已經(jīng)在國民經(jīng)濟(jì)中占有十分重要的地位。現(xiàn)代海洋開發(fā)活動(dòng)中，海洋石油、天然氣的開發(fā)、海洋運(yùn)輸、海洋捕撈的規(guī)模和產(chǎn)值巨大，屬于已成熟的產(chǎn)業(yè);海水淡化、海水提溴和鎂、海上工廠、海底隧道等正在迅速發(fā)展;深海采礦、海水提鈾等正在研究和試驗(yàn)之中。上述海洋工程的開展都需要大量電力的支撐，因此海水電池應(yīng)運(yùn)而生，它以海水作為電解液，依靠陽極金屬材料在海水中的腐蝕溶解提供放電電流，陰極依靠海水中的溶解氧在惰性電極上進(jìn)行還原反應(yīng)提供陰極電流，極大的提高了電力來源的便利性。通常采用的鎂海水電池的放電反應(yīng)機(jī)理為:
[0003]陽極:Mg_2e—=Mg2+
[0004]陰極:02+2H20+4e—=40H—
[0005 ]總反應(yīng):2Mg+02+2H20 = 2Mg (OH) 2
[0006]目前對(duì)于海水電池的研究大多集中于如何通過改進(jìn)電池材料和結(jié)構(gòu)以提高使用壽命上。如公開號(hào)為CN1543001A的專利申請(qǐng)，其公開了一種鎂海水電池，通過對(duì)鎂合金成分進(jìn)行調(diào)整，提高鑄造工藝等措施，開發(fā)出一種容量大、能長時(shí)間穩(wěn)定工作、無需維護(hù)、低成本的海水電池。然而，對(duì)于海水電池在海洋工程的具體應(yīng)用而言，由于應(yīng)用環(huán)境的多變及應(yīng)用場(chǎng)所的轉(zhuǎn)換需求，其可移動(dòng)性同樣十分重要。同時(shí)，由于海水電池在反應(yīng)過程中需要不斷消耗氧氣，海水中的溶解氧含量低且電池內(nèi)部溫度也會(huì)隨之升高，需要通過相應(yīng)的措施對(duì)氧氣進(jìn)行補(bǔ)充并及時(shí)進(jìn)行散熱。因此，基于上述訴求，急需開發(fā)一種既能長時(shí)間工作，又具有移動(dòng)性能，且可以及時(shí)補(bǔ)充電池內(nèi)部氧氣并具有良好散熱性能的海水電池。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的之一在于提供一種可長時(shí)間工作的大功率高容量海水電池，通過設(shè)置氣室及空氣進(jìn)出口等結(jié)構(gòu)，為電池反應(yīng)補(bǔ)充所需氧氣并降低電池溫度。
[0008]本發(fā)明的目的之二在于提供一種以所述可長時(shí)間工作的大功率高容量海水電池為基礎(chǔ)改造而成的船形電池。
[0009]本發(fā)明的目的之三在于提供一種以所述船形電池為基礎(chǔ)改造而成的船。
[0010]本發(fā)明的目的之一采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0011]—種可長時(shí)間工作的大功率高容量海水電池，包括一個(gè)或多個(gè)由鎂基合金電極、空氣電極、空氣電極與鎂基合金電極之間所形成的反應(yīng)腔體、位于空氣電極另一側(cè)的氣室所構(gòu)成的單元電池，單元電池承載于可浮于海面的浮動(dòng)體，同時(shí)還設(shè)置有與氣室相通的空氣進(jìn)出通道并延伸至單元電池上方，空氣通道的兩端形成空氣進(jìn)出口，單元電池反應(yīng)腔體具有海水進(jìn)入口，供海水進(jìn)入反應(yīng)腔體。
[0012]特別地，所述鎂基合金電極是以鎂、鋁、鋅、錳多元合金為主加工成電池的金屬電極，其中鎂含量^93%，在低濃度電解液中具有較高活性。
[0013]特別地，所述單元電池的數(shù)量為多個(gè)，相互之間通過串聯(lián)形成電池組，其中鎂基合金陽極與空氣電極均為片狀，空氣電極分為左右兩部分且于頂端連接，單元電池從一側(cè)到另一側(cè)的結(jié)構(gòu)順序?yàn)?氣室、固定于氣室側(cè)面的空氣電極左部、反應(yīng)腔一側(cè)、鎂基合金電極、反應(yīng)腔另一側(cè)、空氣電極右部、固定空氣電極右部的另一氣室;相鄰單元電池共用氣室。
[0014]特別地，海水進(jìn)入口位于單元電池反應(yīng)腔下部，其開口截面積為1.5?1cm2。
[0015]特別地，單元電池反應(yīng)腔體下部延伸形成供海水進(jìn)入的緩沖室，緩沖室的橫剖線為V型，海水進(jìn)入口位于緩沖室底部，緩沖室內(nèi)部設(shè)有一個(gè)或多個(gè)與單元電池反應(yīng)腔體相對(duì)應(yīng)的海水間隔板。
[0016]本發(fā)明的目的之二采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0017]—種船形電池，包括如前所述的可長時(shí)間工作的大功率高容量海水電池，其中涉及的浮動(dòng)體為船體，單元電池內(nèi)置于船體，該船體包括船首、船舷、船尾和尾翼，還包括位于船尾左右兩側(cè)的冷空氣進(jìn)入通道和熱空氣排出通道，分布于單元電池左右兩側(cè)的單元電池空氣進(jìn)入通道、單元電池空氣排出通道，單元電池空氣進(jìn)入通道、單元電池空氣排出通道連通構(gòu)成空氣進(jìn)出通道并與氣室相通，空氣通道的兩端形成空氣進(jìn)出口，所述空氣進(jìn)出口位于尾翼頂部。上述空氣流通結(jié)構(gòu)使電池內(nèi)部的空氣形成對(duì)流，對(duì)流空氣在每個(gè)單元電池的氣室并聯(lián)通過，流動(dòng)速度^ 30mm/s。
[0018]特別地，所述氣室為多個(gè)，且相互連通;船體上還設(shè)有空氣強(qiáng)制流通裝置，該裝置包括位于電池反應(yīng)腔體內(nèi)部的感應(yīng)器和位于空氣進(jìn)出口的風(fēng)機(jī)，感應(yīng)器、風(fēng)機(jī)之間通過電路連接，同時(shí)與單元電池電路連接。當(dāng)單元電池腔體內(nèi)部溫度超過30°C或空氣中含氧量低于10%時(shí)由感應(yīng)器觸發(fā)風(fēng)機(jī)運(yùn)行，使電池內(nèi)部的空氣形成強(qiáng)制對(duì)流。
[0019]特別地，在單元電池中還設(shè)有海水氣壓緩沖隔板，在尾翼上設(shè)置有海浪緩沖氣室，在船體頂部側(cè)面設(shè)置有與船體內(nèi)部聯(lián)通的海浪產(chǎn)生壓力釋放口和/或?qū)?yīng)于單元電池反應(yīng)腔體上方設(shè)置有與電源電池反應(yīng)腔體聯(lián)通的海浪在單元電池內(nèi)部產(chǎn)生氣壓釋放口，共同起到平衡電池內(nèi)部氣壓的作用。
[°02°]特別地，在所述單元電池鎂基合金陽極的上部50?200mm的高度處設(shè)定水位線。所述鎂基合金陽極上部與水位線之間的內(nèi)部區(qū)域，為海浪產(chǎn)生的氣壓釋放空間，海浪產(chǎn)生氣體經(jīng)海浪在單元電池內(nèi)部產(chǎn)生氣壓釋放口排出。
[0021]特別地，所述船體尾翼頂部空氣進(jìn)出口處還設(shè)有一個(gè)防止海水濺入裝置，以阻止海水由空氣進(jìn)出口濺入氣室。
[0022]本發(fā)明的目的之三采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0023]—種以上述船形電池為基礎(chǔ)所制造的船，船體上還設(shè)有以下裝置中的一種或幾種:用于為船體提供航行動(dòng)力的動(dòng)力裝置、位于船體尾翼頂端的用于與通信系統(tǒng)連接收發(fā)電磁波的天線、用于實(shí)現(xiàn)信號(hào)接收與傳遞的信號(hào)收發(fā)室、用于維持船體自身平衡的船體平衡室、用于確定位置及控制航向的GPS定位導(dǎo)航和方向舵室、用于防止船體受損的防碰撞設(shè)施、用于牽引物體的拖掛裝置。所述動(dòng)力結(jié)構(gòu)優(yōu)選為電動(dòng)推進(jìn)器。其中的船體平衡室和防碰撞設(shè)施的材料由聚氨酯軟質(zhì)泡沫樹酯噴涂、填充成型。除此之外，還可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況增加紅外攝像、照明和燈光信號(hào)系統(tǒng)等。
[0024]本發(fā)明的有益效果:
[0025](I)本發(fā)明通過在海水電池的基礎(chǔ)上增加一個(gè)供其承載的浮動(dòng)體，使海水電池能夠懸浮于在海面上，增加其移動(dòng)性。同時(shí)，可以在這一浮動(dòng)體的基礎(chǔ)上，將其改造為船形電池，并增設(shè)動(dòng)力結(jié)構(gòu)及其他船體結(jié)構(gòu)改造為船，使其具備更高的移動(dòng)性和實(shí)用性。
[0026](2)本發(fā)明所涉及的各單元電池腔體均為開放式結(jié)構(gòu)，使進(jìn)入各腔體中的海水處于聯(lián)通狀態(tài)，以使各單元電池的電解液相流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)電解液的熱反應(yīng)平衡，優(yōu)化電池組的工作性能。
[0027](3)本發(fā)明通過設(shè)置多個(gè)供空氣流通的通道，使電池內(nèi)部空氣形成對(duì)流，為電池反應(yīng)補(bǔ)充所需氧氣并降低電池溫度，能夠有效提高反應(yīng)效率、增加電池壽命。
[0028](4)本發(fā)明通過在浮動(dòng)體上設(shè)置多個(gè)壓力調(diào)節(jié)裝置，能夠平衡由于海水或海浪產(chǎn)生的氣壓差，維持電池的正常工作。
[0029]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的可長時(shí)間工作的大功率高容量海水電池結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、發(fā)電效率高、電池壽命長、移動(dòng)性強(qiáng)，具有極高的經(jīng)濟(jì)附加值和社會(huì)價(jià)值。
【附圖說明】
[0030]圖1為本發(fā)明的一種可長時(shí)間工作的大功率高容量海水電池的優(yōu)選實(shí)施例的主視圖；
[0031 ]圖2為本發(fā)明的一種可長時(shí)間工作的大功率高容量海水電池的優(yōu)選實(shí)施例的空氣流通示意圖；
[0032]圖3為本發(fā)明的一種可長時(shí)間工作的大功率高容量海水電池的優(yōu)選實(shí)施例的仰視圖；
[0033]圖4為本發(fā)明的一種可長時(shí)間工作的大功率高容量海水電池的優(yōu)選實(shí)施例的后視圖；
[0034]圖5為本發(fā)明的一種可長時(shí)間工作的大功率高容量海水電池的優(yōu)選實(shí)施例的右視圖；
[0035]圖6-7均為本發(fā)明的一種可長時(shí)間工作的大功率高容量海水電池的優(yōu)選實(shí)施例的俯視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036]本發(fā)明可長時(shí)間工作的大功率高容量海水電池的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例如圖1至圖7所不O
[0037]如圖1、圖3-7所示，該可長時(shí)間工作的大功率高容量海水電池是由電池組和裝載該電池組的船體所構(gòu)成。
[0038]電池組由多個(gè)單元電池串聯(lián)組成，每個(gè)單元電池包括空氣電極104、鎂基合金電極116和氣室。
[0039]電池組置于一個(gè)船體內(nèi)，單元電池反應(yīng)腔體下部在船體內(nèi)延伸形成供海水進(jìn)入的緩沖室107，緩沖室107的橫剖線為V型，可以減小船體在海水中的航行阻力。緩沖室107底部設(shè)有海水進(jìn)入口 103，供海水進(jìn)入緩沖室107，從而進(jìn)入各單元電池反應(yīng)腔體進(jìn)行反發(fā)電。海水進(jìn)入口同時(shí)可作為反應(yīng)物排放口供電池組及時(shí)排出陽極反應(yīng)物，保證反應(yīng)的順利進(jìn)行。緩沖室內(nèi)部設(shè)有一個(gè)或多個(gè)與單元電池反應(yīng)腔體相對(duì)應(yīng)的海水間隔板115，使單元電池反應(yīng)腔體整體分隔為相對(duì)獨(dú)立的空間。
[0040]船體上具有空氣流通系統(tǒng):船尾左右兩側(cè)具有冷空氣進(jìn)入通道101和熱空氣排出通道102，單元電池左右兩側(cè)還具有單元電池空氣進(jìn)入通道106、單元電池空氣排出通道105，單元電池空氣進(jìn)入通道106、單元電池空氣排出通道105連通構(gòu)成空氣進(jìn)出通道，所述空氣進(jìn)出口 117位于尾翼頂部，并通過所述空氣進(jìn)出通道與氣室相通。
[0041]船體上還具有氣壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)，包括:在單元電池中設(shè)置的海水氣壓緩沖隔板108、在尾翼上設(shè)置的海浪緩沖氣室110、在船體頂部側(cè)面設(shè)置的與船體內(nèi)部聯(lián)通的海浪產(chǎn)生壓力釋放口 111、在對(duì)應(yīng)于單元電池反應(yīng)腔體上方設(shè)置的與電源電池反應(yīng)腔體聯(lián)通的海浪在單元電池內(nèi)部產(chǎn)生氣壓釋放口 119。上述裝置共同起到平衡本發(fā)明的可長時(shí)間工作的大功率高容量海水電池內(nèi)部氣壓的作用。
[0042]并且，為了便于航行等實(shí)際應(yīng)用，船體上還具有用于為船體提供航行動(dòng)力的電動(dòng)推進(jìn)器118、位于船體尾翼頂端的用于與通信系統(tǒng)連接收發(fā)電磁波的天線109、位于船首上部用于實(shí)現(xiàn)信號(hào)接收與傳遞的信號(hào)收發(fā)室112、位于船首下部用于維持船體自身平衡的船體平衡室113、位于船尾用于確定位置及控制航向的GPS定位導(dǎo)航和方向舵室114、用于防止船體受損的防碰撞設(shè)施以及用于牽引物體的拖掛裝置。
[0043]在使用時(shí)，海水從海水進(jìn)入口103進(jìn)入單元電池反應(yīng)腔體，緩沖室107等空間的空氣經(jīng)過海水氣壓緩沖隔板108上部的空間從海浪產(chǎn)生壓力釋放口 111排出。海水進(jìn)入空氣電極104的反應(yīng)區(qū)域，電池自然聯(lián)通，開始發(fā)電。電池工作時(shí)所產(chǎn)生的氫氣可借由海浪在單元電池內(nèi)部產(chǎn)生氣壓釋放口 119排出。電池在工作的時(shí)候需要消耗氧氣，單元電池空氣排出通道105、單元電池空氣進(jìn)入通道106低于海水平面，當(dāng)內(nèi)部氧氣消耗到含氧量低于10%，或電池腔體內(nèi)部溫度超過30°C，由單元電池提供電力的位于電池反應(yīng)腔體內(nèi)部的感應(yīng)器將所感應(yīng)到的信號(hào)通過電路進(jìn)行反饋，使位于空氣進(jìn)出口且同樣由單元電池提供電力的風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，外界空氣通過空氣流通系統(tǒng)中的空氣循環(huán)進(jìn)出口 117進(jìn)入船體內(nèi)部，繼而通過強(qiáng)制對(duì)流在各個(gè)單元電池的氣室并聯(lián)通過，流動(dòng)速度^ 30mm/s，使空氣中的氧氣達(dá)到正常范圍，具體的空氣流通路徑如圖2所示。當(dāng)海浪起伏不平的時(shí)候，電池內(nèi)部空氣壓力也是隨著海浪變化而變化的，每個(gè)單元電池的海浪產(chǎn)生壓力釋放口 111平衡隨著海浪產(chǎn)生的進(jìn)、出空氣壓力。同時(shí)，船體通過船體平衡室113維持在風(fēng)浪中的平衡，從而幫助電池正常工作。
[0044]對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，可根據(jù)以上描述的技術(shù)方案以及構(gòu)思，做出其它各種相應(yīng)的改變以及形變，而所有的這些改變以及形變都應(yīng)該屬于本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種可長時(shí)間工作的大功率高容量海水電池，包括一個(gè)或多個(gè)由鎂基合金電極、空氣電極、空氣電極與鎂基合金電極之間所形成的反應(yīng)腔體、位于空氣電極另一側(cè)的氣室所構(gòu)成的單元電池，所述單元電池承載于可浮于海面的浮動(dòng)體，其特征在于:還設(shè)置有與氣室相通的空氣進(jìn)出通道并延伸至單元電池上方，空氣通道的兩端形成空氣進(jìn)出口，單元電池反應(yīng)腔體具有海水進(jìn)入口，供海水進(jìn)入反應(yīng)腔體。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可長時(shí)間工作的大功率高容量海水電池，其特征在于:所述單元電池的數(shù)量為多個(gè)，相互之間通過串聯(lián)形成電池組;其中鎂基合金陽極與空氣電極均為片狀，空氣電極分為左右兩部分且于頂端連接，單元電池從一側(cè)到另一側(cè)的結(jié)構(gòu)順序?yàn)?氣室、固定于氣室側(cè)面的空氣電極左部、反應(yīng)腔一側(cè)、鎂基合金電極、反應(yīng)腔另一側(cè)、空氣電極右部、固定空氣電極右部的另一氣室;相鄰單元電池共用氣室。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可長時(shí)間工作的大功率高容量海水電池，其特征在于:海水進(jìn)入口位于單元電池反應(yīng)腔下部，其開口截面積為1.5?1cm2。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可長時(shí)間工作的大功率高容量海水電池，其特征在于:單元電池反應(yīng)腔體下部延伸形成供海水進(jìn)入的緩沖室，緩沖室的橫剖線為V型，海水進(jìn)入口位于緩沖室底部，緩沖室內(nèi)部設(shè)有一個(gè)或多個(gè)與單元電池反應(yīng)腔體相對(duì)應(yīng)的海水間隔板。5.—種船形電池，包括如權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的可長時(shí)間工作的大功率高容量海水電池，所述可長時(shí)間工作的大功率高容量海水電池中的浮動(dòng)體為船體，其特征在于:所述單元電池內(nèi)置于船體，該船體包括船首、船舷、船尾和尾翼，還包括位于船尾左右兩側(cè)的冷空氣進(jìn)入通道和熱空氣排出通道，分布于單元電池左右兩側(cè)的單元電池空氣進(jìn)入通道、單元電池空氣排出通道，單元電池空氣進(jìn)入通道、單元電池空氣排出通道連通構(gòu)成空氣進(jìn)出通道并與氣室相通，空氣通道的兩端形成空氣進(jìn)出口，所述空氣進(jìn)出口位于尾翼頂部。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的船形電池，其特征在于:所述氣室為多個(gè)，且相互連通;船體上還設(shè)有空氣強(qiáng)制流通裝置，該裝置包括位于電池反應(yīng)腔體內(nèi)部的感應(yīng)器和位于空氣進(jìn)出口的風(fēng)機(jī)，感應(yīng)器、風(fēng)機(jī)之間通過電路連接，同時(shí)與單元電池電路連接。7.根據(jù)權(quán)利要求5-6任一項(xiàng)所述的船形電池，其特征在于:還包括在單元電池中設(shè)置的海水氣壓緩沖隔板，在尾翼上設(shè)置的海浪緩沖氣室，以及在船體頂部側(cè)面設(shè)置的與船體內(nèi)部聯(lián)通的海浪產(chǎn)生壓力釋放口和/或?qū)?yīng)于單元電池反應(yīng)腔體上方設(shè)置的與電源電池反應(yīng)腔體聯(lián)通的海浪在單元電池內(nèi)部產(chǎn)生氣壓釋放口，共同起到平衡電池內(nèi)部氣壓的作用。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的船形電池，其特征在于:所述船體尾翼頂部空氣進(jìn)出口處還設(shè)有一個(gè)防止海水濺入裝置，以阻止海水由空氣進(jìn)出口濺入氣室。9.一種以權(quán)利要求5-8任一項(xiàng)所述船形電池為基礎(chǔ)所制造的船，其特征在于:所述船體上設(shè)有以下裝置中的一種或幾種:用于為船體提供航行動(dòng)力的動(dòng)力裝置、位于船體尾翼頂端的用于與通信系統(tǒng)連接收發(fā)電磁波的天線、用于實(shí)現(xiàn)信號(hào)接收與傳遞的信號(hào)收發(fā)室、用于維持船體自身平衡的船體平衡室、用于確定位置及控制航向的GPS定位導(dǎo)航和方向舵室、用于防止船體受損的防碰撞設(shè)施、用于牽引物體的拖掛裝置。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的以權(quán)利要求5-8任一項(xiàng)所述船形電池為基礎(chǔ)所制造的船，其特征在于:所述動(dòng)力裝置為電動(dòng)推進(jìn)器。
【文檔編號(hào)】H01M12/06GK105870546SQ201610307311
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年5月10日
【發(fā)明人】馬潤芝, 施建
【申請(qǐng)人】張家港謳德電池技術(shù)有限公司