專利名稱：一種輸出電壓可調(diào)的等離子堿性燃料電池及調(diào)節(jié)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于燃料電池技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種可以調(diào)節(jié)輸出電壓的等離子堿性燃料電池。
背景技術(shù)：
中國專利申請?zhí)枮?01310026537.0、名稱為“一種等離子堿性燃料電池”提供的等離子堿性燃料電池，包括相互獨立的陽極反應(yīng)腔與陰極反應(yīng)腔，陽極的氫氣由等離子發(fā)生器電離，陰極采用與堿性燃料電池相同的陰極組件電離氧氣；陰極反應(yīng)腔位于陽極反應(yīng)腔的左側(cè)；在陽極反應(yīng)腔與陰極反應(yīng)腔中均裝有高導電率的強堿溶液作為電解液；在陽極反應(yīng)腔與陰極反應(yīng)腔之間連接U型管，U型管與兩個反應(yīng)腔的連接處要低于兩個反應(yīng)腔內(nèi)電解液的高度。陽極反應(yīng)腔為一密封結(jié)構(gòu)，在陽極反應(yīng)腔內(nèi)的頂部設(shè)有收集電子的陽極。在陽極反應(yīng)腔的右側(cè)，依次設(shè)有等離子發(fā)生器、氫氣擴散腔和儲氫罐，等離子發(fā)生器左端的等離子噴口伸在陽極反應(yīng)腔內(nèi)的電解液面的上部，等離子體發(fā)生器工作時向陽極反應(yīng)腔內(nèi)噴入氫氣等離子體。在陽極反應(yīng)腔前后兩側(cè)的外部固定設(shè)置一對磁鐵使在陽極反應(yīng)腔的內(nèi)腔整個范圍內(nèi)作用有磁場，該磁場使等離子體發(fā)生器噴出的電子飛向陽極以及使氫離子飛向電解質(zhì)液面。陰極組件與陽極分別為等離子堿性燃料電池的正極與負極，其間可通過導線連接用電負載來對外提供電能。該等離子堿性燃料電池的缺點是陽極和陰極的電勢差是受限的，陽極由于電子聚集產(chǎn)生電勢阻礙電子飛向陽極，使得陽極和陰極的電勢差是受限。常用的堿性燃料電池、質(zhì)子交換膜燃料電池等的電壓受限，比如在常溫25攝氏度，電勢差的理論最大值為1.229伏特，在常溫60攝氏度，電勢差的理論最大值為1.482伏特，即輸出電壓不能調(diào)節(jié)，限制了電池單體輸出電壓及功率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有等離子堿性燃料電池存在輸出電壓無法提高及調(diào)節(jié)的問題而提供一種輸出電壓可調(diào)的等離子堿性燃料電池及其調(diào)節(jié)方法。本發(fā)明所述一種輸出電壓可調(diào)的等離子堿性燃料電池采用的技術(shù)方案是:包括相互獨立的陽極反應(yīng)腔、陰極反應(yīng)腔及連接兩個所述反應(yīng)腔的U型管，兩個所述反應(yīng)腔和U型管內(nèi)均裝有電解液，陰極反應(yīng)腔內(nèi)的電解液中浸有陰極，陽極反應(yīng)腔內(nèi)的頂部設(shè)有陽極板，陽極反應(yīng)腔內(nèi)作用有使電子飛向陽極板及質(zhì)子飛向電解液面的磁場，陰極和陽極板之間連接用電負荷，用電負荷兩端連接電壓表，陽極反應(yīng)腔內(nèi)的底部設(shè)置浸泡在電解液中的第一金屬板，陽極反應(yīng)腔的外上部設(shè)置第二金屬板，第一金屬板連接可調(diào)壓直流電源的負極，第二金屬板連接可調(diào)壓直流電源的正極。本發(fā)明所述一種等離子堿性燃料電池的輸出電壓調(diào)節(jié)方法采用的技術(shù)方案是:通過電壓表檢測陰極和陽極板之間的電勢差，若電勢差小于用電負荷所要求的電壓，調(diào)高可調(diào)壓直流電源的輸出電壓以提高電勢差，若電勢差大于用電負荷所要求的電壓，調(diào)低可調(diào)壓直流電源的輸出電壓以降低電勢差。
本發(fā)明的有益效果是:
1、本發(fā)明在陽極反應(yīng)腔內(nèi)的氫氣等離子噴出路線上設(shè)置方向向上的電場，可加速電子飛向陽極板及H+飛向電解液，以提高輸出電壓。2、通過加大二金屬板上的電壓，可避免陽極板上因電子聚集產(chǎn)生的電場阻礙電子飛向第二金屬板，即可提高等離子堿性燃料電池的輸出電壓；
3、將第一金屬板設(shè)置在陽極反應(yīng)腔內(nèi)的底部，可利用電解液的導電作用使電解液面與陽極板的空間內(nèi)獲得比第一金屬板設(shè)置陽極反應(yīng)腔外更大的電場強度，以提高輸出電壓。4、通過對可調(diào)壓直流電源輸出電壓進行調(diào)整，可根據(jù)使用要求改變離子堿性燃料電池的輸出電壓。
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細說明:


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中:1-陰極；2_電壓表；3_用電負荷；4_第二金屬板；5_陽極板；6_第一金屬板等離子發(fā)生器；8_可調(diào)直流電源；9-U型管；10_陽極反應(yīng)腔；11_陰極反應(yīng)腔。
具體實施例方式如圖1所示，本發(fā)明包括相互獨立的陽極反應(yīng)腔10和陰極反應(yīng)腔11，陽極反應(yīng)腔10和陰極反應(yīng)腔11的底部通過U型管9相連，陽極反應(yīng)腔10、陰極反應(yīng)腔11、U型管9內(nèi)均裝有強堿性電解液。陽極反應(yīng)腔10位于陰極反應(yīng)腔11的右側(cè)；等離子發(fā)生器7左端的等離子噴口伸在陽極反應(yīng)腔10內(nèi)的電解液面的上部，等離子體發(fā)生器7工作時向陽極反應(yīng)腔10內(nèi)噴入氫氣等離子體。陽極板5位于陽極反應(yīng)腔10內(nèi)的頂部，整個陽極反應(yīng)腔10內(nèi)作用有使電子飛向陽極板5及質(zhì)子飛向電解質(zhì)液面磁場。陰極I浸泡在陰極反應(yīng)腔11的電解液中；陰極I和陽極板5之間通過導線連接用電負荷3。在用電負荷3兩端連接電壓表2。在陽極反應(yīng)腔10內(nèi)的底部設(shè)置第一金屬板6,第一金屬板6浸泡在電解液中,在陽極反應(yīng)腔10的外上部設(shè)置第二金屬板4，兩金屬板均與陽極板5和陰極I絕緣。將第一金屬板6連接至可調(diào)壓直流電源8的負極，將第二金屬板4連接至可調(diào)壓直流電源8的正極。這樣，在陽極反應(yīng)腔10內(nèi)的氫氣等離子噴出路線上產(chǎn)生方向向上電場，可加速電子飛向陽極板5及H+飛向陽極反應(yīng)腔10內(nèi)的電解液；通過加大第二金屬板4上的電壓，可避免陽極板5上因電子聚集產(chǎn)生的電場阻礙電子飛向第二金屬板5，即可提高等離子堿性燃料電池的輸出電壓；將第一金屬板6設(shè)置陽極反應(yīng)腔內(nèi)的底部，可利用電解液的導電作用使電解液面與陽極板5的空間內(nèi)獲得比第一金屬板6設(shè)置陽極反應(yīng)腔10外更大的電場強度，而加快電子和H+分離速度。本發(fā)明工作時，根據(jù)電壓表2的值及用電負荷3的電壓輸入要求對可調(diào)壓直流電源8的輸出電壓進行調(diào)節(jié)，可實現(xiàn)等離子堿性燃料電池輸出電壓的調(diào)整。具體是:通過電壓表2檢測等離子堿性燃料電池的陰極I和陽極板5之間的電勢差，若電勢差小于用電負荷3所要求的電壓，調(diào)高可調(diào)壓直流電源8的輸出電壓，以提高陰極I和陽極板5之間的電勢差；若陰極I和陽極板5之間的電勢差大于用電負荷3所要求的電壓，調(diào)低可調(diào)壓直流電源10的輸出電壓，以降低陰極I和陽極板5之間的電勢差，滿足用電負荷3的電壓要求。
權(quán)利要求
1.一種輸出電壓可調(diào)的等離子堿性燃料電池，包括相互獨立的陽極反應(yīng)腔(10)、陰極反應(yīng)腔(11)及連接兩個所述反應(yīng)腔的U型管(9 )，兩個所述反應(yīng)腔和U型管(9 )內(nèi)均裝有電解液，陰極反應(yīng)腔(11)內(nèi)的電解液中浸有陰極(1)，陽極反應(yīng)腔(10)內(nèi)的頂部設(shè)有陽極板(5)，陽極反應(yīng)腔(10)內(nèi)作用有使電子飛向陽極板(5)及質(zhì)子飛向電解液面的磁場，陰極(I)和陽極板(5)之間連接用電負荷(3)，用電負荷(3)兩端連接電壓表(2)，其特征是:陽極反應(yīng)腔(10)內(nèi)的底部設(shè)置浸泡在電解液中的第一金屬板(6)，陽極反應(yīng)腔(10)的外上部設(shè)置第二金屬板(4)，第一金屬板(6)連接可調(diào)壓直流電源(8)的負極，第二金屬板(4)連接可調(diào)壓直流電源(8)的正極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種輸出電壓可調(diào)的等離子堿性燃料電池，其特征是:所述第一金屬板(6)、第二金屬板(4)均與陽極板(5)、陰極(I)之間絕緣。
3.—種如權(quán)利要求1所述等離子堿性燃料電池的輸出電壓調(diào)節(jié)方法，其特征是:通過電壓表(2)檢測陰極(I)和陽極板(5)之間的電勢差，若電勢差小于用電負荷(3)所要求的電壓，調(diào)高可調(diào)壓直流電源(8)的輸出電壓以提高電勢差，若電勢差大于用電負荷(3)所要求的電壓，調(diào)低可調(diào)壓直流電源(10 )的輸出電壓以降低電勢差。
全文摘要
本發(fā)明公開一種輸出電壓可調(diào)的等離子堿性燃料電池及調(diào)節(jié)方法，包括相互獨立的陽極反應(yīng)腔、陰極反應(yīng)腔及連接兩個所述反應(yīng)腔的U型管，兩個所述反應(yīng)腔和U型管內(nèi)均裝有電解液，陽極反應(yīng)腔內(nèi)的底部設(shè)置浸泡在電解液中的第一金屬板，陽極反應(yīng)腔的外上部設(shè)置第二金屬板，第一金屬板連接可調(diào)壓直流電源的負極，第二金屬板連接可調(diào)壓直流電源的正極；通過電壓表檢測陰極和陽極板之間的電勢差，若電勢差小于用電負荷所要求的電壓，調(diào)高可調(diào)壓直流電源的輸出電壓以提高電勢差，若電勢差大于用電負荷所要求的電壓，調(diào)低可調(diào)壓直流電源的輸出電壓以降低電勢差，根據(jù)使用要求改變離子堿性燃料電池的輸出電壓。
文檔編號H01M8/08GK103199286SQ20131011162
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月2日
發(fā)明者陳士安, 湯哲鶴, 趙廉健, 姚明, 彭佳鑫, 馬銀, 孫德浩, 王蓓 申請人:江蘇大學