專(zhuān)利名稱(chēng)：一種鎳鋅無(wú)隔膜燃料電池裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種鎳鋅無(wú)隔膜燃料電池裝置屬電池領(lǐng)域，燃料電池是將燃料具有的化學(xué)能直接變?yōu)殡娔艿陌l(fā)電裝置，本實(shí)用新型提出的燃料電池尤適用于電動(dòng)汽車(chē)或其他電力裝置。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的能源的利用有倆大弊病一是儲(chǔ)存于燃料中的化學(xué)能必須首先轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芎蟛拍鼙蛔兂蓹C(jī)械能或電能，其所獲得的效率只有33%-35%，一半以上的能量白白浪費(fèi)掉； 二是傳統(tǒng)的能源的利用方式給環(huán)境造成了巨大的污染。近幾年來(lái)，全世界各國(guó)為了鼓勵(lì)新能源車(chē)的研發(fā)不惜動(dòng)用政府大量資金支持，甚至幾大國(guó)之間都互相合作研發(fā)新能車(chē)，所以新能源車(chē)在這里就不必細(xì)講，而現(xiàn)在新能源車(chē)最卡脖子的地方，就在于用什么作動(dòng)力能源，也就是動(dòng)力源的問(wèn)題，除了石油燃料外，大家都在找新的汽車(chē)能源，由于生物能源與人類(lèi)爭(zhēng)糧食，搞過(guò)一段時(shí)間的生物能源已經(jīng)沉靜下去，最終大家的目光都集中在電池能源上，現(xiàn)在基本上95%以上都以電池電動(dòng)車(chē)的研究為主，而大功率動(dòng)力電池便成為各國(guó)競(jìng)相投入的研究對(duì)象。電池以大類(lèi)來(lái)分可分為干電池(即一次性電池).二次電池(也即充電電池)3.燃料電池(即加進(jìn)燃料便可以持續(xù)發(fā)電的電池)。目前電動(dòng)車(chē)基本上都集中在二次電池這個(gè)領(lǐng)域，而且主要集中在下面四大類(lèi)動(dòng)力電池上1、鎘鎳電池鎘鎳電池是二戰(zhàn)期間德國(guó)人首先發(fā)明的，具有價(jià)格相對(duì)低廉，使用壽命長(zhǎng)(2000次循環(huán)壽命以上)耐過(guò)充過(guò)放、電池組一致性好，使用過(guò)程安全無(wú)污染，便于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，其不足之處是能量比不高，負(fù)極鎘在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)人體和環(huán)境造成污染，基于這二個(gè)硬傷，這款電池不大受重視；2、鎳氫電池鎳氫電池是針對(duì)解決鎘鎳負(fù)極危害而研制出來(lái)的，它繼承了鎘鎳電池優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)能量比也有所提高，可以說(shuō)是比較好的一種電池，不足之處在于電壓還是 1. 2V，與鎘鎳電池相比在性能和電池組壽命(1000次以上)方面稍有差距，大型動(dòng)力電池應(yīng)用實(shí)例很少，只在航模電動(dòng)工具等小型動(dòng)力電源以上應(yīng)用。3、鐵鋰電池具有體積小，重量輕以用高能量比和高電動(dòng)勢(shì)導(dǎo)優(yōu)點(diǎn)，不足地方在于電池一致性差造成壽命短，價(jià)格偏高，安全性能無(wú)保障。但是，鋰電池作為動(dòng)力源其幾大缺點(diǎn)造成其沒(méi)辦法商業(yè)應(yīng)用，首先是充電電池作為車(chē)用都有其極限性，慢充6-8個(gè)鐘頭，快充30分鐘，到時(shí)每個(gè)快充站的占地都要有像一個(gè)大型停車(chē)場(chǎng)一樣的場(chǎng)地，這是不現(xiàn)實(shí)的。而且快充會(huì)大大縮短電池壽命。第二，目前充一次電的電量滿足不了需要。目前所有概念車(chē)都在30-60度電之間，續(xù)航能力不超過(guò)200公里， 而經(jīng)過(guò)多次充電后，電池容量下降以后續(xù)航能力會(huì)大大下降，滿足不了長(zhǎng)途需要，第三，安全性低，只要想想手機(jī)電池爆炸都能傷人，對(duì)于一個(gè)幾百公斤的電池爆炸后的結(jié)果就可想而知。第四，制造成本高，由于鋰是稀有金屬，大規(guī)模應(yīng)用后這種資源會(huì)更稀缺，成本只會(huì)越來(lái)越高，而且其中的隔膜技術(shù)現(xiàn)在只有美日掌握，造成隔膜成本也很高。4、鎳鋅電池也被研制了百多年，其優(yōu)點(diǎn)在于電動(dòng)勢(shì)高(1.6V)能量密度(120W/升以上)制造成本低，無(wú)污染等優(yōu)勢(shì)，它之所以沒(méi)有得到大批量的應(yīng)用，在于電極鈍化問(wèn)題長(zhǎng)期得不到解決，造成使用壽命短(三百多次)同時(shí)電池組一致性差，在鋅技晶問(wèn)題沒(méi)有徹底解決之前，不適宜應(yīng)用，雖然近年來(lái)國(guó)內(nèi)有企業(yè)和美國(guó)的一些研究人員合作，但技術(shù)還不成熟。多年來(lái)，人們尋找到用燃料電池技術(shù)開(kāi)發(fā)能源新方法。燃料電池是將一種儲(chǔ)存在燃料和氧化劑的化學(xué)能直接變?yōu)殡娔艿难b置，當(dāng)源源不斷地向燃料電池供應(yīng)燃料和氧化劑時(shí)，它可以連續(xù)發(fā)電。如公開(kāi)號(hào)為CN89000A的“燃料電池裝置”，它是通過(guò)向燃料供給燃料氣體，向氧化劑極供給空氣來(lái)發(fā)電的燃料電池，而空氣要經(jīng)過(guò)一系列設(shè)備的凈化才能使用。又，公開(kāi)號(hào)為CN1388998A的“高分子電解質(zhì)型燃料電池”，它具有高的分子電解質(zhì)膜以及陽(yáng)極和陰極，也向陽(yáng)極提供燃料氣體，向陰極提供空氣，其中的設(shè)備也多和大。依據(jù)電解質(zhì)的不同，燃料電池分為堿性燃料電池(AFC)、磷酸型燃料電池(PAFC)、 熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)、固體氧化物燃料電池(S0FC)\&質(zhì)子交換膜燃料電池 (PEMFC)等。燃料電池的理論能量轉(zhuǎn)換率在95%以上，裝置無(wú)論大小，其實(shí)際發(fā)電率可達(dá) 40%-60%。裝置為積木式結(jié)構(gòu)，容量可小到只為手機(jī)供電，大到和目前的大型發(fā)電站相比。質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)是一種新型、有遠(yuǎn)大前途的燃料電池，可廣泛作為交通動(dòng)力和小型電源裝置來(lái)應(yīng)用。而它由燃料電極(負(fù)極)、氧化電極(正極)和作為電解質(zhì)的質(zhì)子交換膜組成，質(zhì)子交換膜是質(zhì)子導(dǎo)電性聚合物系的膜，但是，質(zhì)子交換膜的加工技術(shù)要求高，不易制造，成本高；供應(yīng)燃料電極的燃料和氧化電極的氧氣的裝置復(fù)雜；所以，現(xiàn)在燃料電池的高技術(shù)、高要求、高成本使得燃料電池不能廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)在，各國(guó)都在致力于研究被預(yù)為 21世紀(jì)繼火電、水電、核電后的第四發(fā)電方式一燃料電池。電動(dòng)車(chē)電池技術(shù)的出路在燃料電池。美國(guó)很早就研制燃料電池，在氫燃料電池上投入幾十億美金，由于要用到鉬金作催化劑，每個(gè)電池成本都在幾十萬(wàn)人民幣以上，因?yàn)橹圃斐杀咎?，而且用氫作為燃料，其安全性解決不了。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型提出的一種鎳鋅無(wú)隔膜燃料電池裝置，其目的是打破現(xiàn)有燃料電池模式，無(wú)需質(zhì)子交換膜和提供燃料和氧氣的復(fù)雜、昂貴的設(shè)備，大大降低成本，提高性能。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是采用鎳鋅電池的反應(yīng)原理、應(yīng)用超聲波發(fā)生器解決電極的鈍化問(wèn)題，采用無(wú)隔膜避免充電電池充電時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題，并配以循環(huán)電解液延長(zhǎng)電池的壽命。一種鎳鋅無(wú)隔膜燃料電池裝置，包括鎳鋅電極和電解液，其特征在于有超聲波發(fā)生器使電解液對(duì)電極產(chǎn)生空穴效應(yīng)，并有循環(huán)電解液裝置。上述的一種鎳鋅無(wú)隔膜燃料電池裝置，其特征在于所述的超聲波發(fā)生器安裝在裝有電解液的箱體外壁面。上述的一種鎳鋅無(wú)隔膜燃料電池裝置，其特征在于所述的超聲波發(fā)生器安裝在裝有電解液的電解液箱體的外底壁面。以上所述的一種鎳鋅無(wú)隔膜燃料電池裝置，其特征在于所述的循環(huán)電解液裝置由電解液箱、電解液儲(chǔ)存箱和泵組成，鎳電極和鋅電極分隔并相對(duì)懸空安裝在電解液箱內(nèi)，電解液箱有出口連通電解液儲(chǔ)存箱，電解液儲(chǔ)存箱的出口連通泵的進(jìn)口，泵的出口連通電解液箱。本實(shí)用新型的工作原理是，其產(chǎn)生電的原理與鎳鋅電池相同，最大不同之處是現(xiàn)有鎳鋅電池需要用隔膜解決電極的鈍化問(wèn)題，本發(fā)明是利用超聲波產(chǎn)生的空穴效應(yīng)消除電極的鈍化，所以不需要隔膜，還有電解液的不斷循環(huán)和補(bǔ)充新的電解液，所以，本發(fā)明獲得很好的效果。它將實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車(chē)電池大功率，續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)，安全、環(huán)保、低使用成本、低制造價(jià)格等方面要求；用途廣泛，由于實(shí)現(xiàn)了大功率，續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)，除了應(yīng)用于汽車(chē)行業(yè)之外，可以說(shuō)在所有流動(dòng)用電的地方和輸變電線路拉不到的地方都可以使用，也即可以代替?zhèn)溆闷桶l(fā)電機(jī)，這在國(guó)防工業(yè)、邊遠(yuǎn)地區(qū)、民間用途都十分廣泛。

圖1是一種鎳鋅無(wú)隔膜燃料電池設(shè)備的裝配示意圖。圖中鎳電極1、電解液2、鋅電極3、超聲波發(fā)生器4、電解液進(jìn)口 5、電解液儲(chǔ)存箱 6、泵進(jìn)口管7、泵8、連通管9、泵出口管10、電解液箱11。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)用一個(gè)具體事例說(shuō)明本方案，圖1顯示了一種鎳鋅無(wú)隔膜燃料電池裝置零件的結(jié)構(gòu)和裝配關(guān)系。鎳鋅無(wú)隔膜燃料電池由鎳鋅電極、電解液和泵組成，還有超聲波發(fā)生器4 產(chǎn)生超聲波使電解液2震蕩，并有循環(huán)電解液裝置，超聲波發(fā)生器安裝在裝有電解液的電解液箱11外底面。循環(huán)電解液裝置由電解液箱11、電解液儲(chǔ)存箱6和泵8組成，鎳電極1 和鋅電極3分隔并相對(duì)懸空安裝在電解液箱內(nèi)，電解液箱有連通管9接通電解液儲(chǔ)存箱。電解液儲(chǔ)存箱的出口通過(guò)泵進(jìn)口管7連通泵8的進(jìn)口，泵的出口管10連通電解液箱11。新的電解液原料從電解液進(jìn)口 5加入電解液儲(chǔ)存箱。本方案已經(jīng)過(guò)小試，具有以下各方面特點(diǎn)一、能量密度、功率密度極高鎳鋅電池是現(xiàn)有幾種常用電池中能量密度、功率密度較高的一種電池，能量密度為120W/L以上。鋅作為金屬燃料提供發(fā)電所需的電子流，理論數(shù)據(jù)為擬6安時(shí)/kg，在本燃料電池電解液配方中，空載電壓為2V，即每公斤鋅理論上可提供1. 65度電，一個(gè)500kg約500升的電池如果裝300kg鋅，這部分可以為電池提供近500 度電，而我們還可以在電解液中不斷補(bǔ)充加入固體粉狀燃料，在鋅燃燒完這個(gè)過(guò)程中可以額外提供約300度電，按照目前概念電動(dòng)車(chē)每100公里耗油12度電，這個(gè)電池足夠小車(chē)行駛近7000公里以上才換鋅燃料，目前實(shí)驗(yàn)室階段由于材料問(wèn)題及制造工藝全部由手工完成，指標(biāo)較低，但也已達(dá)到40W/L，可以連續(xù)峰值放電5小時(shí)以上，而我們也已掌握可以提高能量密度及可使峰值放電持續(xù)到鋅電極燃燒完的技術(shù)，所以，我們有把握實(shí)現(xiàn)達(dá)到理論值 80%以上的指標(biāo)。二、使用安全，由于使用水性液體電解液，本燃料電池本身不怕短路，外接負(fù)載短路時(shí)電池本身也不會(huì)產(chǎn)生爆炸，使用完全安全。三、環(huán)保、低使用成本，鎳鋅堿性電池已被聯(lián)合國(guó)認(rèn)證為綠色環(huán)保電池，而且本燃料電池所用鋅燃料和電解液發(fā)電產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)后生成的物質(zhì)全部可回收，經(jīng)過(guò)電解循環(huán)再用，其技術(shù)是成熟的化工工藝，回收再生過(guò)程主要消耗電能，換能比約為2:1，整個(gè)過(guò)程不消滅任何物質(zhì)，只是把生產(chǎn)燃料的電能“輸送”給汽車(chē)用，雖然換能效率只有50%，但是使用成本肯定比汽油便宜，要知道，有的地方發(fā)電成本每度才幾分錢(qián)，100公里用到M度電才多少錢(qián)。四、制造成本低，由于整個(gè)電池所使用的材料都是地球蘊(yùn)藏量巨大的材料，資源豐富，所以整個(gè)電池造價(jià)極低，其中鎳所占成本最高。而鎳作為陽(yáng)極集流體，是永遠(yuǎn)不消耗的， 即使汽車(chē)報(bào)廢，電池的價(jià)值還在。而由于我們成功研制出無(wú)隔膜消除鋅極枝晶技術(shù)，使以往要上幾萬(wàn)塊的隔膜，用幾千元就解決了，所以電池的成本只有鋰電池的三到四分之一左右， 而且壽命比汽車(chē)還長(zhǎng)，所以利潤(rùn)空間十分巨大。五、用途廣泛，由于實(shí)現(xiàn)了大功率，續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)，除了應(yīng)用于汽車(chē)行業(yè)之外，可以說(shuō)在所有流動(dòng)用電的地方和輸變電線路拉不到的地方都可以使用，也即可以代替?zhèn)溆闷桶l(fā)電機(jī)，這在國(guó)防工業(yè)、邊遠(yuǎn)地區(qū)、民間用途都十分廣泛。
權(quán)利要求1.一種鎳鋅無(wú)隔膜燃料電池裝置，包括鎳鋅電極(1、3)和電解液(2)，其特征在于有超聲波發(fā)生器(4 )使電解液(2 )對(duì)電極產(chǎn)生空穴效應(yīng)，并有循環(huán)電解液裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鎳鋅無(wú)隔膜燃料電池裝置，其特征在于所述的超聲波發(fā)生器(4 )安裝在裝有電解液(2 )的電解液箱(11)的外壁面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種鎳鋅無(wú)隔膜燃料電池裝置，其特征在于所述的超聲波發(fā)生器(4 )安裝在裝有電解液(2 )的電解液箱(11)的底面外壁。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種鎳鋅無(wú)隔膜燃料電池裝置，其特征在于所述的循環(huán)電解液裝置由電解液箱(11)、電解液儲(chǔ)存箱(6 )和泵(8 )組成，鎳電極(1)和鋅電極(3 )分隔并相對(duì)懸空安裝在電解液箱內(nèi)，電解液箱有連通管(9)接通電解液儲(chǔ)存箱(6)，電解液儲(chǔ)存箱有泵的進(jìn)口管(7)連通泵的進(jìn)口，泵的出口有出口管(10)連通電解液箱(11)。
專(zhuān)利摘要一種鎳鋅無(wú)隔膜燃料電池裝置屬電池領(lǐng)域，其目的是打破現(xiàn)有燃料電池模式，無(wú)需質(zhì)子交換膜和提供燃料和氧氣的復(fù)雜、昂貴的設(shè)備。在于有超聲波發(fā)生器使電解液對(duì)電極產(chǎn)生空穴效應(yīng)，并有循環(huán)電解液裝置。本實(shí)用新型的設(shè)備簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、易維護(hù)，性價(jià)比高、比能量高。尤適用于電動(dòng)汽車(chē)或其他電力裝置。
文檔編號(hào)H01M8/02GK202231103SQ20112027829
公開(kāi)日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2011年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月2日
發(fā)明者黃小鴻 申請(qǐng)人:黃小鴻