專利名稱：柵閘式海水電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用海水作為電解質(zhì)溶液的化學(xué)電池，尤其是涉及一種使用直插 式電極板、柵閘式框架結(jié)構(gòu)的海水電能發(fā)生器。
背景技術(shù)：
海水電池是化學(xué)電池中的一種，它利用金屬在作為電解質(zhì)溶液的海水中的氧化還 原反應(yīng)，自發(fā)地將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。目前公知的海水電池，無論是直插式或螺旋式結(jié)構(gòu)，大都采用電解鋁作為陰極電 極板，采用電解銅作為陽極電極板，造價較為昂貴，且存在著供電時間短、拆卸、更換較為困 難等缺陷，影響到海水電池的工作時間和應(yīng)用范圍。發(fā)明目的
本發(fā)明的目的，在于設(shè)計出一種比各類公知海水電池成本更為低廉、維護(hù)更為便捷、工 作時間更為長久、且可大規(guī)模陣列使用的海水電流發(fā)生器，賦予海水電池以更大的應(yīng)用范 圍和更寬廣的使用空間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明在綜合目前公知海水電池基礎(chǔ)上，克服現(xiàn)有電池的缺陷，揚優(yōu)避劣，推陳出 新，力求在減輕單位體積、提高延長電池工作時間的同時，最大限度地降低電池生產(chǎn)成本和 運行成本，設(shè)計出一種以自然海水作為電解質(zhì)溶液、且結(jié)構(gòu)盡可能簡單、成本盡可能低廉， 維修盡可能便捷、能夠循環(huán)使用、陣列使用的電流發(fā)生器。本發(fā)明所依據(jù)的原理是電化學(xué)原理，主要特征是
當(dāng)將分子活動相對比較活潑的金屬(如鋅、鋁等)與分子活動相對比較不活潑的導(dǎo)體材 料(如銅、石墨等)同時浸泡于海水之中時，比較活潑的金屬就會與具有電解質(zhì)溶液特征的 海水發(fā)生氧化反應(yīng)，釋放出電子，成為原電池的負(fù)極；從活潑金屬中釋放出來的電子，通過 海水定向流向分子活動較為不活潑的導(dǎo)體材料，該導(dǎo)體材料即獲得電子而成為原電池的正 極；當(dāng)兩極之間的電動勢具有電位差時，就產(chǎn)生電能。原電池形成電能的能力，取決于組成原電池結(jié)構(gòu)物質(zhì)的電化學(xué)反應(yīng)能力。其中電 能電壓的高低，與電化學(xué)反應(yīng)的速度有關(guān)，尤其是與活潑材料的純度、電解質(zhì)溶液電離子濃 度、電解質(zhì)溶液的溫度有關(guān)；電能電流的大小，與參與電化學(xué)反應(yīng)的電極面積大小有關(guān)，尤 其是與活潑金屬浸泡在電解質(zhì)溶液中的面積有關(guān)。兩極材料與電解質(zhì)溶液之間所進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)所釋放的化學(xué)能，是電池兩極中的 電能來源；當(dāng)海水中所含的電離子濃度處于不飽和狀態(tài)時，兩極材料之間的電化學(xué)反應(yīng)就 繼續(xù)進(jìn)行；當(dāng)海水所含的電離子濃度處于飽和狀態(tài)？？時，兩極材料之間的電化學(xué)反應(yīng)停 止。該原理所引伸出來的意義是在大自然海水中，所含電離子濃度永遠(yuǎn)處于不飽和狀態(tài)， 只要浸泡在海水中的兩極材料不消失，兩極材料之間的電化學(xué)反應(yīng)就永遠(yuǎn)進(jìn)行下去。根據(jù)上述原理，我們可以設(shè)計和生產(chǎn)出各種類型不同的化學(xué)電池，包括本發(fā)明所 述的柵閘式海水電池，使之能夠在日常生活生產(chǎn)中發(fā)揮出應(yīng)有的作用。本發(fā)明根據(jù)原理而采用的技術(shù)方案是(1)產(chǎn)品的負(fù)極材料使用鋁金屬，該材料分子活動特性較為活潑，能夠在海水中與氯離 子、氫氧根發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)而釋放出電子，且該材料市場價格較為低廉，取材容易。⑵產(chǎn)品的正極材料使用石墨板材，該材料分子活動特性較不活潑，但能夠在電解 質(zhì)溶液中輕易地吸納電子而成為電池的正極，且該材料價格低廉，便于刨削加工。⑶將正負(fù)極零件均圓角長方體，以便于零件的加工制作，尤其便于使用價格低廉 的熔鑄鋁制作成電池的負(fù)極板。⑷在石墨電極板兩個大的立面上設(shè)置定位槽，在鋁電極板兩個大的立面上設(shè)置限 位槽，使這些電極板便于固定在特定位置，不致于左右搖晃，或失去平衡。
(5)在所有電極板上端左右兩角設(shè)置吊裝孔，便于電極板的安裝和更換；必要時，用 于電極板位置的固定。(6)柵閘板根據(jù)電極板的水平截面形狀而確定自己的水平截面形狀，與電極板的定 位槽、限位槽、吊裝孔相配合，確保電極板能夠有序地定距地安插到海水電池中，不致于左 右搖擺或脫落；同時，柵閘板最大限度地預(yù)留出電極板沉浸海水的空間，確保電極板之間的 電化學(xué)反應(yīng)順利進(jìn)行。(7)將承載電極板的浮箱設(shè)計為多個獨立小格的聯(lián)合體，除中心小格用于懸掛電極 板外，其余小格均為獨立的密封體(共用箱體頂板)，以規(guī)避箱體破裂沉沒的風(fēng)險；必要時， 各密封小格填充泡沫塑料，確保海水電池不致因為浮箱破裂而沉沒。(8)浮箱維護(hù)罩使用彈性的封口扣，一方面防止海水從浮箱頂板灌入滲透，另一方 面便于操作人員對海水電池內(nèi)部的檢查維護(hù)。與目前公知的海水電池相比，本發(fā)明所形成的海水電池，可以取得下列有益效 果
1，成本低廉——本發(fā)明產(chǎn)品的消耗品鋁電極板可直接使用廢舊鋁金屬熔化澆鑄，成本 低廉。2，制作簡易一一本發(fā)明產(chǎn)品僅由電極板、浮箱兩個模塊組成，結(jié)構(gòu)簡單、制造簡
易ο3，工作可靠——本發(fā)明產(chǎn)品結(jié)構(gòu)緊湊，浮箱獨立分格，解決了箱體因破裂滲水沉 沒的問題；同時因為產(chǎn)品懸浮浸泡于水中，幾乎不受日光照射和潮汐漲落、波浪起伏的影 響，工作穩(wěn)定可靠。4，適應(yīng)性強——產(chǎn)品不但可以在含鹽濃度高的海域中使用，而且可在一切具有氯 化鈉(NaCI)、氯化鉀(KGI)等金屬鹽成分的海域、水域、井水甚至是箱桶中使用。5，使用時間長——產(chǎn)品在海水中的連續(xù)工作時間可達(dá)半年到一年，所消耗的只是 作為負(fù)極活潑材料的鋁金屬和作為電解質(zhì)溶液的海水。由于海水在自然界取之不盡，故用 戶只需配備足夠的鋁電極板，即可多次反復(fù)使用，單機壽命長達(dá)六年以上。6，應(yīng)用范圍廣——產(chǎn)品除了單機可用作一定量的照明、信號電源之外，多個單機 有序組合可形成規(guī)模宏大的發(fā)電陣列，廣泛應(yīng)用于海上作業(yè)、海水養(yǎng)殖、海上救生、海上航 運、海上娛樂等行業(yè)，以及適應(yīng)抗災(zāi)防災(zāi)、野外應(yīng)急、無線定位等使用需要。另外，本發(fā)明產(chǎn)品還有使用簡單、工作環(huán)境安靜，工作效率高等特點，市場空間廣 闊，具有極高的經(jīng)濟(jì)附加價值和社會價值。下面，結(jié)合一實施例及附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。


圖1，是本發(fā)明一實施例的結(jié)構(gòu)組織圖。圖2，是本發(fā)明一實施例產(chǎn)品的全剖示意圖。圖3，是本發(fā)明一實施例產(chǎn)品的電極板示意圖。圖4，是本發(fā)明一實施例產(chǎn)品的電極模塊零件示意圖。 圖5，是本發(fā)明一實施例產(chǎn)品的浮箱模塊零件示意圖。圖6，是本發(fā)明一實施例產(chǎn)品裝配成型后的立體示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明作為一項產(chǎn)品技術(shù)方案，通過相應(yīng)模塊的組合，可得到具體實施，產(chǎn)品中的 組織結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1中，本發(fā)明所述的盤旋式海水電池，由定位栓、電極、浮筏三個模塊組成；不同 的模塊又包含著不同的部件，其中
電極模塊——包含石墨電極組、鋁電極組、連接線組三個部件。 浮箱模塊——包含浮箱、維護(hù)罩兩個部件。產(chǎn)品中每個部件，均包含著若干種零件；某些關(guān)鍵零件，又包含若干個關(guān)鍵的組成 部分，其中
石墨電極組部件包含著石墨板材和銅帽兩種零件；每個石墨板材零件包含著石墨 板、定位槽、吊裝孔三個組成部分。 鋁電極組部件包含著多個鋁型材零件，每個鋁型材零件包含著鋁型材板、限位 槽、吊裝孔三個組成部分。 連接線組部件包含著電極連接線、連接螺絲、電流引出線、接線柱四種零件。 浮箱部件包含著箱體、柵閘板、箱體頂板、緊固螺絲、陣列定位銷五種零件，箱體 頂板又包含著頂板、維護(hù)口、頂板封口扣三個組成部分。 維護(hù)罩部件包含罩蓋、防水墊圈兩種零件，罩蓋零件包含罩蓋頂板、罩蓋封口 扣、罩蓋把手三個組成部分。各個零件在實施例產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中的相互方位關(guān)系如圖2所示。圖2中，海水電池由柵閘板(1)、石墨板(2)、鋁型材板(3)、箱體(4)、頂板(5)、接 線柱(6)、電流引出線(9)、防水墊圈(10)、罩蓋頂板(11)、罩蓋封口扣(12)、陣列定位銷 (13)、緊固螺絲(14)等零部件組成；其中，石墨板(2)數(shù)量比鋁型材板(3)數(shù)量多一片，將鋁 型材板(3)夾峙在中間，并定距間插在柵閘板(1)中。石墨板(2)與鋁型材板(3)均是組成電極模塊的基礎(chǔ)零件，它的優(yōu)劣，直接影響到 產(chǎn)品發(fā)電功率的大小、工作時間的長短、以及運行成本的高低；它們的形狀如圖3所示。在圖3中，石墨板(2)與鋁型材板(3)均是圓角長方體，上端兩角均設(shè)置吊裝孔 (17)，不同的是，鋁型材板(3)設(shè)置的限位槽(19)是二條，分別沿型材板最寬兩側(cè)立面中心 線垂直而下，且限位槽水平截面為梯形或圓角矩形，長寬比例為1/10至1/20，寬度為型材 寬度的2/5至1/5 ；而石墨板(2)設(shè)置的定位槽(16)是三條，其中二條定位槽在板材最寬立 面夾中心線垂直而下，剩下一條定位槽在板材相對立面沿中心線垂直而下，且定位槽水平 截面呈半圓形；另外，石墨板(2)還加蓋石墨板(2)水平截面形狀相適配的銅帽(18)。在本實施例中，石墨板材與銅帽(18)結(jié)合，可形成石墨電極片；三片或三片以上的石墨電極片，就可組成石墨電極組；而單一的鋁型材板(3)，本身就可形成鋁電極片，二 片或二片以上的鋁電極片，就可組成鋁電極組；在同一電極模塊中，鋁電極片數(shù)量永遠(yuǎn)比石 墨電極片數(shù)量少一片，以被間隔夾峙在石墨電極組內(nèi)部之中。本實施例的電極模塊形態(tài)那圖4所示。
在圖4中，多片石墨板(2)與相應(yīng)數(shù)量的銅帽(18)組合成石墨電極組，多片鋁型 材板(3)組合成鋁電極組；再通過電極連接線(20)、連接螺絲(15)、接線柱(6)、電流引出線 (9)的配合，組成了整個電極模塊。在實施例中，電極模塊被承載在浮箱模塊中，并接受浮箱模塊的約束和固定。浮箱模塊，是實施例中用于漂浮產(chǎn)品的裝置，它可使產(chǎn)品不致于完全沉沒在海水 之中，同時可保護(hù)電極模塊的正負(fù)極接線柱免受海浪襲擊受潮而引發(fā)短路；浮箱模塊的組 成結(jié)構(gòu)如圖5所示。圖5中，浮箱模塊由柵閘板(1)、箱體(4)、箱體頂板、陣列定位銷(13)、緊固螺絲 (14)、罩蓋、防水墊圈(10)七個零件組成；其中，箱體頂板零件由著頂板(5)、維護(hù)口(21)、 頂板封口扣(7)三個部分組成，罩蓋零件由罩蓋頂板(11)、罩蓋封口扣(12)、罩蓋把手(8) 三個部分組成。從各個零件所發(fā)揮的作用來看箱體(4)箱體頂板、陣列定位銷(13)、緊固螺絲 (14)配合，可形成密封的中空體，起著漂浮產(chǎn)品的作用；再與柵閘板(1)配合、形成電極模 塊的浮箱部件，起著承載、分隔、約束、固定電極片的作用；由罩蓋與防水墊圈(10)組成的 維護(hù)罩部件，起著保護(hù)電極組電流線路的作用，同時用于方便電極板的維護(hù)和更換。在浮箱模塊中，柵閘板(1)外觀呈柵格陣列框架結(jié)構(gòu)，從前、后、左、右、下五個方向 約束著電極模塊的位置；柵閘板(1)內(nèi)部的柵格孔，形態(tài)與所安插的電極板形態(tài)相適配，起 著限定電極板位置、間隔電極板之間距離的作用，間隔距離為石墨板材厚度的1至2倍。在浮箱模塊中，維護(hù)罩部件中的罩蓋封口扣部位，可與浮箱部件中的頂板封口扣 部位相配合，形成封閉浮箱箱體的開合機構(gòu)。用戶在實施過程中，可將電極模塊裝配到相應(yīng)規(guī)格的浮箱模塊中，形成承載與被 承載、約束與被約束的物理方位關(guān)系，即可形成實施例產(chǎn)品；本實施例產(chǎn)品的整體外觀如圖 6所示。實施例產(chǎn)品產(chǎn)生電流的機制是海水中的氯化鈉溶液(或其他金屬鹽溶液)是電解 質(zhì)，能在兩個電極板中連成一個通路。當(dāng)實施例產(chǎn)品置于海水中或其他含有金屬鹽的溶液 中時，海水或其他金屬鹽溶液使鋁電極板逐漸氧化腐蝕溶解，釋放出電子，形成負(fù)極；而從 鋁電極板釋放的電子，則通過海水或其他金屬鹽溶液流向石墨電極板，使石墨電極板獲得 電子而成為正極；當(dāng)石墨電極板與鋁電極板之間的正負(fù)極電動勢形成了電位差時，就產(chǎn)生 了電流，再通過電極連接線流向接線柱，流向電流引出線；當(dāng)用戶使用外電路接駁到產(chǎn)品的 電流引出線時，就可以獲得源源不斷的、可供實際使用的電能。在一般的氧化還原反應(yīng)中，由于電解質(zhì)溶液的濃度會漸漸趨近飽和狀態(tài)，因而使 反應(yīng)漸漸停止；而本實施例產(chǎn)品的使用過程中，由于海水會不斷被沖刷更新，其濃度永遠(yuǎn)不 會呈飽和狀態(tài)，因而其電化學(xué)反應(yīng)就一直進(jìn)行下去，直到鋁電極板被腐蝕殆盡為止。在實施例產(chǎn)品的電化學(xué)反應(yīng)過程中，鋁電極板既作為電極，又作為燃料。說它是電 極，是因為裝置中的負(fù)極電流通過它源源不斷地向外流出；說它是燃料，是因為它在化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能的過程中，一點一滴地被氧化消耗殆盡，直到被溶解消失到浩瀚無際的汪洋之 中。正因為如此，用戶只需根據(jù)實際消耗情況，及時更換產(chǎn)品中的鋁電極板，就可以幾 乎無限制地將本發(fā)明產(chǎn)品循環(huán)使用下去。另外，用戶如通過陣列定位銷將多個實施例產(chǎn)品陣列起來，串聯(lián)或并聯(lián)各個產(chǎn)品 所發(fā)生的電流，即可產(chǎn)生較高電壓或較強電流，形成大規(guī)模的發(fā)電場。
本發(fā)明在實施過程中，可以根據(jù)實際情況靈活設(shè)計出模塊的具體形狀和具有規(guī)格，并 通過各種不同規(guī)格模塊的有機組合，形成多種實施方案，從而開拓出千姿百態(tài)的產(chǎn)品，造就 廣闊的市場空間。
權(quán)利要求
一種柵閘式海水電流發(fā)生器，由電極、浮箱兩個模塊組成，其特征是電極模塊垂直懸掛于浮箱模塊正中下方，定距安插于浮箱模塊的柵閘板中，與浮箱模塊形成約束與被約束、定位與被定位的關(guān)系。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海水電流發(fā)生器，其特征是所述的電極模塊，由石墨電極 組、鋁電極組和連接線組三個部件組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的海水電流發(fā)生器，其特征是所述電極模塊中的石墨電極組， 由三片以上的石墨板材與相應(yīng)數(shù)量的銅帽組成；其中，銅帽緊扣在石墨板材的上方，作為石 墨電極的電流引出端。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的海水電流發(fā)生器，其特征是所述石墨電板組中的石墨板材， 其水平截面為圓角矩形，長寬比例為1/10到1/30 ；石墨板材上端立面，設(shè)二吊裝孔，呈左 右角分布狀態(tài)；石墨板材長邊一側(cè)立面，沿垂直中心線設(shè)一定位槽；相對側(cè)立面，設(shè)二定位 槽，該定位槽沿垂直中心線呈左右對稱分布狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的海水電流發(fā)生器，其特征是所述電極模塊中的鋁電極組，由 二片以上的鋁型材板組成，其數(shù)量比石墨板材數(shù)量少一片；單片鋁型材板水平越是呈圓角 矩形，長寬比例為1/10到1/50 ；鋁型材板上端立面，設(shè)二吊裝孔，呈左右角分布狀態(tài)；鋁型 材板長邊兩側(cè)立面，各沿垂直中心線設(shè)一限位槽；限位槽水平截面為梯形或圓角矩形，長寬 比例為1/10至1/20，寬度為鋁型材板寬度的2/5至1/5。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的海水電流發(fā)生器，其特征是所述電極模塊中的連接線組，由 電極連接線、連接螺絲、電流引出線、接線柱4個部件組成，其中，電極連接線分別用于連接 石墨電極組、鋁電極組的電流輸出端，連接螺絲用于固定電極連接線與各電極組之間的連 接，電流引出線通過接線柱將各電極組產(chǎn)生的電能引向外電路。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海水電流發(fā)生器，其特征是所述的浮箱模塊，由浮箱和維護(hù) 罩二個部件組成；其中，浮箱部件由箱體、柵間板、箱體頂板、緊固螺絲、陣列定位銷五種零 件組成；箱體頂板包含頂板、維護(hù)口、頂板封口扣三個部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的海水電流發(fā)生器，其特征是所述浮箱模塊中的柵間板，外觀 呈柵格陣列框架結(jié)構(gòu)，柵格孔形狀與電極板形態(tài)相適配，起著固定、隔離電極板的作用，隔 離距離為石墨板材厚度的1至2倍。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的海水電流發(fā)生器，其特征是所述浮箱模塊中的維護(hù)罩部件， 由罩蓋和防水墊圈兩個零件組成；其中的罩蓋零件，包括罩蓋頂板、罩蓋封口扣、罩蓋把手 三個部分；罩蓋封口扣可與浮箱部件中的頂板封口扣相配合，形成封閉浮箱箱體的開合機 構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求9共同所述的海水電流發(fā)生器，其特征是電極模塊與 浮箱模塊之間的物理方位關(guān)系，是承載與被承載、約束與被約束之間的關(guān)系，電極模塊中的 石墨電極板與鋁電極板，定距間隔安插在浮箱模塊的柵間板之中，在作為電解質(zhì)溶液的海 水作用下，石墨電極板產(chǎn)生正極電流通過電極連接線流向正極接線柱，鋁電極板產(chǎn)生負(fù)極 電流通過電極連接線流向負(fù)極接線柱，再分別通過電流引出線流向外電路，形成產(chǎn)品產(chǎn)生 電能的發(fā)電機制。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用海水作為電解質(zhì)溶液的電流發(fā)生裝置，尤其是涉及一種使用柵閘式結(jié)構(gòu)的海水電池。本發(fā)明產(chǎn)品由電極模塊、浮箱模塊組成，使用價格低廉的石墨板材為電池正極，使用分子活動活潑的鋁型材板為電池負(fù)極，浮箱設(shè)置為多格封閉的密封體，最大程度地降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本和運行成本，最大可能地提高產(chǎn)品的運行效率和維護(hù)效率，具有造價低廉、工作可靠、維護(hù)簡便、適應(yīng)性強、使用時間長、應(yīng)用范圍廣等特點，可廣泛應(yīng)用于海上作業(yè)、海上航運、海上娛樂等行業(yè)，以及適應(yīng)在抗災(zāi)防災(zāi)、野外應(yīng)急、無線定位等場合的使用，具有廣闊的市場應(yīng)用前景和較高的經(jīng)濟(jì)實用價值。
文檔編號H01M6/34GK101841047SQ20101020481
公開日2010年9月22日 申請日期2010年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月20日
發(fā)明者鐘明華 申請人:鐘明華