[发明专利]一种水中动力用半燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及水中动力用电池技术领域，特别是涉及一种水中动力用半燃料电池。

背景技术

铝/过氧化氢电池是近年来开发的一种能量型化学电源，这种电池具有比能量高，适合水下工作等特点。开展较早研究工作的有以Mg、Al为阳极的金属/过氧化氢燃料电池，Al-H₂O₂电池已应用于水下设备上，比能量可以达到200Wh/kg-240Wh/kg。

铝/过氧化氢电池可分为单室和双室两种结构：单室结构的电池结构简单，成本低，可靠性高，但由于单室结构电池的铝电极和过氧化氢电极之间可直接反应，活性物质利用率低，从而降低了电池比能量，因此目前大多采用双室结构铝/过氧化氢电池；双室结构的电池通过离子交换膜将阴极区和阳极区隔离，形成阴极室和阳极室，可以防止铝电极和过氧化氢电极之间的直接反应，提高活性物质利用率，由于电池工作时需要电解液循环流动，来补充反应消耗的过氧化氢并带走反应产物和废气，因此电池的阴极室和阳极室均设有流道。

目前公知的铝/过氧化氢电池阴极室和阳极室的流道一般采用双极性流场板结构，例如在专利CN201214482中，设计了一种铝/过氧化氢半燃料电池，贮存在电池外部的电解液和过氧化氢溶液进入电池内部流道中，流道采用双极性流场板的迷宫结构或拐弯结构，即在流道中增加几个类片状的隔断，形成曲折的通道使溶液流过，该结构电池厚度和重量较大，电极有效反应面积较低。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种厚度薄、重量轻、电极有效反应面积较高，并且电池的比能量和能量密度高的水中动力用半燃料电池。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

一种水中动力用半燃料电池，包括密封固连为一体的阳极部分和阴极部分；阳极部分包括带有电解液进液腔和电解液出液腔的阳极端板，阳极端板一面有一阳极凹槽，阳极凹槽内置有由阳极集流板、阳极和阳极流道构成的阳极组件；阴极部分包括带有氧化剂进液腔、氧化剂出液腔的阴极端板，阴极端板一面有一阴极凹槽，阴极凹槽内置有由阴极集流板、阴极基板和阴极流道构成的阴极组件，其特点是：所述阳极流道为均布粘于阳极面上粒状隔离物之间的间隙；所述阴极流道为阴极基板一面均布制出的通槽。

本发明还可以采用如下技术方案： 

所述阳极部分和阴极部分之间置有离子交换膜。

所述阳极端板和阴极端板均为大于10mm的3240环氧酚醛树脂板，所述阳极端板上阳极凹槽外围的端面上制有一放置阳极密封圈的阳极封闭槽；所述阴极端板上阴极凹槽外围的端面上制有一放置阴极密封圈的阴极封闭槽，阴极封闭槽直径与阳极封闭槽直径不同；靠近阳极端板和阴极端板边缘处置有尺寸对应的两个以上固定孔。

所述粒状隔离物为圆柱形酚醛树脂。

所述离子交换膜为Nafion系列隔膜。

所述阳极集流板和阴极集流板均为镍板。

所述阳极为铝合金。

所述阴极基板为载有还原催化剂的泡沫镍，所述还原催化剂为金Au。

所述阳极电解液为氢氧化钠溶液。

所述作为阴极的氧化剂为过氧化氢溶液。

本发明具有的优点和积极效果是： 

1、本发明由于在铝阳极面上均布粘满横纵间距相同的粒状隔离物，使阳极和离子交换膜保持一定距离，不仅起到了支撑离子交换膜的作用、减轻了重量，还形成了阳极流道，使电解液均布流过阳极而且不增加压力损失，提高了阳极的有效反应面积，更有利于氢气和反应产物AlO₂-的排出，有效的提高了电池的比能量和能量密度。

2、本发明将作为阴极基板的泡沫镍基体上直接压制出阴极流道，形成催化层和流场板二合一的电极结构，有效的减小了电池的厚度和重量；氧化剂可以直接在三维的催化层内部流动，解决了过氧化氢传质困难的问题，浓差极化较小，可以使用低浓度的过氧化氢，减小其自分解，保证了氧化剂的使用效率，提高了电池比能量。

3、本发明采用离子交换膜作为隔膜，采用直径不同的密封圈压接密封，实现了双室结构；当需要单室结构时，拆下隔膜，即变成单室结构，实现了电池双、单室结构的转变，适用于低速水下运载器的能量型动力电池组。

附图说明

图1是本发明水中动力用半燃料电池结构示意图；

图2是图1 使用状态的系统结构示意图；

图3是图1 中阳极部分和阳极组件结构示意图；

图4是图1 中阴极部分结构示意图。