[发明专利]延长金属空气燃料电池电解液使用时间的方法

说明书

本发明公开了延长金属空气燃料电池电解液使用时间的方法，用于在金属空气燃料电池工作过程中提升电解液容纳发电产物的能力、延长电解液的使用时间。该方法包括：向所述金属空气燃料电池的金属燃料和/或电解液中加入导电剂；或者所述金属燃料采用以导电剂为基体再生得到的金属燃料。该方法通过在燃料电池的金属燃料和/或电解液中加入导电剂，可显著提高电解液容纳发电产物的能力，从而有效延长金属空气燃料电池电解液的使用时间，且方法简单，无需对燃料电池附加任何装置。

技术领域

本发明涉及金属燃料电池技术领域，具体涉及延长金属空气燃料电池电解液使用时间的方法。

背景技术

金属空气燃料电池可利用电化学反应将金属的化学能转化为清洁的电能，具有能量转换效率高、燃料存储携带方便、成本低、安全无污染等优势，作为动力电池和储能电池具有很好的前景，且十分适合用于便携式电源、固定电源及军事应用等场合。

具体地，金属空气燃料电池的基本工作原理为：电池阳极上的金属(金属可以是Mg、Al、Zn等元素)与电解液中的氢氧根离子(OH^-)发生电化学反应(阳极反应)，释放出电子，同时空气电极催化层中的催化剂与电解液及经由扩散作用进入电池的氧气相接触，吸收电子，发生电化学反应(阴极反应)，生成OH^-，OH^-进一步扩散到电解液中。

连续加料式的金属空气燃料电池相当于一种发电装置，金属作为燃料，可连续添加至电池堆中，同时利用电解液的流动将电池内部的反应产物排出，可维持电池堆的持续发电。电池堆的催化剂可以使用铁钴镍、二氧化锰等非贵金属材料、成本低，且金属燃料的密度大，存储携带安全方便，因此，连续加料式金属空气燃料电池比氢燃料电池更具优势。然而，连续加料式金属空气燃料电池在功率密度、电解液消耗及耐久性等方面存在的问题，限制了其市场化发展，现有的金属空气燃料电池仍有待改进。

发明内容

本发明是基于发明人对以下问题和事实的发现而提出的：

随着金属空气燃料电池工作时间的增加，电解液中反应产物的浓度会不断升高，当达到溶解饱和极限后，将会生成固体沉淀。虽然可以通过过滤或其他液固分离技术对生成的固体沉淀进行分离，但饱和的电解液的电导率已大幅下降，电池的性能由于内阻增加而不断降低，此时则需要对电解液进行更换。现有的金属空气燃料电池中，电解液容纳发电产物的能力较低、使用时间较短，需要使用大容量的电解液箱或频繁地更换电解液，会使得系统体积及重量大幅增加，造成电池系统整体性能下降。因此，现有的金属空气燃料电池使用寿命较短，难以满足商业需求。

鉴于此，本发明提出一种延长金属空气燃料电池电解液使用时间的方法。该方法通过在燃料电池的金属燃料和/或电解液中加入导电剂，可显著提高电解液容纳发电产物的能力，从而有效延长金属空气燃料电池电解液的使用时间，且方法简单，无需对燃料电池附加任何装置。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种延长金属空气燃料电池电解液使用时间的方法，根据本发明的实施例，该方法包括：向所述金属空气燃料电池的金属燃料和/或电解液中加入导电剂；或者所述金属燃料采用以导电剂为基体再生得到的金属燃料。

根据本发明实施例的延长金属空气燃料电池电解液使用时间的方法，通过向金属空气燃料电池的金属燃料和/或电解液中加入导电剂，可以在燃料电池工作时缩短金属燃料间的电子传导路径，同时增加了电子传递接触面积，从而使电解液中可以容纳更多不导电的发电产物，显著提高电解液容纳发电产物的能力，解决了电解液饱和及内阻增加而导致的电解液寿命缩短的问题；此外，金属空气燃料电池也可以采用以导电剂为基体再生的金属燃料，该金属燃料的内部具有导电剂，随着燃料电池工作时间的增加，金属燃料逐渐消耗，其中的导电剂逐渐裸露出来，从而发挥缩短电子传导路径、增加电子传递接触面积的作用。由此，本发明的方法可显著提高电解液容纳发电产物的能力，从而延长金属空气燃料电池电解液的使用时间30％以上，且方法简单，无需对燃料电池附加任何装置。