[发明专利]一种铝空气燃料电池系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种铝空气燃料电池系统，具体地讲涉及一种带控温系统、排氢系统、过滤系统，电解液可循环的铝空气燃料电池系统。

背景技术

金属空气燃料电池是一种以空气中的氧为正极，金属为负极，中性或者碱性电解液为介质，在催化剂的作用下发生化学反应而产生电能的一种化学电源。其中，金属作为阳极，在放电过程中被氧化溶解，释放出电子，空气中的氧气作为阴极活性物质，在放电过程中，经扩散通过空气电极进入电池内部接收外电路传导来的电子被还原。和其他电池相比，金属空气电池的独特之处是其中的正极活性材料(氧气)不用储存携带，随用随取，增大了电池系统能量密度。

随着现代制造技术和材料制备工艺的发展，空气电极的性能得到了很大的提高，金属空气电池的功率输出成倍增加，进一步扩展了金属空气电池的应用领域，由原来的备用电源领域发展到用于驱动电动自行车、电动汽车。

在金属空气电池中，目前研究比较多的是锌空气电池、镁空气电池、铝空气电池、铁空气电池和锂空气电池，电解液体系可以是中性电解液、碱性电解液或有机电解液。相对于氯化物中性电解液和有机电解液体系，碱性电解液具有更高的电导率，相应的电池系统能够更高功率输出，和中性电解液相比，碱性电解液电池系统的电池输出电压高，因此，对于输出功率要求较大的领域以使用碱性电解液为主。碱性电解液主要是采用氢氧化钠或氢氧化钾溶液。但在碱性电解液体系中，也存在这一些需要解决的问题，以碱性铝空气电池为例，电池在放电过程中发生以下反应：

4Al+3O₂+6H₂O→4Al(OH)₃

在强碱性介质中，电化学反应产物Al(OH)₃是可溶的，反应如下：

4Al+3O₂+6H₂O+4NaOH→4Al(OH)^-₄+4Na⁺

然后在溶液中逐步达到饱和状态，重新析出Al(OH)₃固体。

4Al(OH)^-₄+4Na⁺→4Al(OH)₃(固体)+4NaOH

此时反应生成的氢氧化铝沉淀为结晶的三水铝石，随着反应的继续进行，这些沉淀物将产生以下不利影响：①降低电解液的电导率；②堵塞电解液通道。因此，必须从电解液中分离出沉淀，使电池反应界面处的电解液保持不变，反应稳定进行。

除了上述电池反应外，金属空气电池阳极还有一个副反应，以铝阳极为例，反应如下：

2Al+6H₂O→2Al(OH)₃+3H₂(气体)

该反应会析出氢气，消耗铝，但不产生电能，能量是以热的形式产生，结果会降低电池的能量输出效率，并且电池内部随着热的累积，使电解液的温度升高，电解液蒸发量增大。

为提高金属空气电池的应用范围，更适合于大功率，长时间运行的领域，如电动汽车动力电池、大型备用电源等，需要对电池运行过程中产生的沉淀、氢气和热进行控制，以便电解液的温度、成分保持在一个合理的范围内，使得电池的功率输出稳定。

发明内容

本发明的目的在于提供一种带控温系统、排氢系统、过滤系统，电解液可循环的铝空气燃料电池系统，可以有效的分离沉淀，控制氢气含量，控制电池的内部温度，满足大功率输出、长时间运行的需要，可以广泛应用于电动汽车用动力电池或大型备用电源领域。

本发明的技术方案如下：

一种铝空气燃料电池系统，包括电解液箱、电池堆和通风系统；电解液箱位于电池堆的下方，通风系统置于电池堆单体间隙的侧面；还包括电解液上液系统、电解液回液系统、排氢系统、测温系统、过滤系统和散热系统；电解液上液系统与位于其上部的电池堆的每个单电池管道连通；电解液回液系统位于电池堆和电解液箱之间并与二者管道连接；排氢系统置于电解液箱上；测温系统位于电池堆中的不同部位和电解液箱中；过滤系统安装于电解液箱内部并与电解液上液系统连通；散热系统位于电解液回液系统与电解液箱之间并与二者管道连接。