[实用新型]一种具有自控温功能的仿生燃料电池

说明书

本实用新型公开了一种具有自控温功能的仿生燃料电池，属于空气阴极燃料电池技术领域，包括壳体、电解液出口、片状铝阳极、片状空气阴极及仿生热管；所述壳体内充满电解液，片状铝阳极由壳体上方中心放入电解液中，片状空气阴极置于所述壳体相对称的内壁两侧，仿生热管由壳体上方放入电解液中；所述仿生热管的内壁由横向平行的亲水凸台和纵向平行的亲水凸台交错而成，亲水凸台之间形成疏水凹槽。该仿生燃料电池发生氧化还原反应时产生的热量使电解液温度升高，之后温度传至热管结构，热管中冷却液受热沸腾，由于热管可以提高沸腾换热系数和临界热流密度，达到高效导热的目的。这种新型仿生燃料电池设计能达到自控温的目的，具有高热交换效率。

技术领域

本实用新型属空气阴极燃料电池技术领域，具体涉及一种具有自控温功能的仿生燃料电池。

背景技术

燃料电池作为一种新的能源具有高效、清洁的优势，成为开发热点。而铝空气燃料电池有比能量密度大、质量轻、寿命长、低排放、易携带、低噪声、安全性高等诸多优点，且铝空气燃料电池的比能量为2.19A/g，高于很多其他活跃度金属如镁2.20A/g、锌0.82A/g等，开发前景广阔。同时各国对于车载铝空气燃料电池的发展均予以重视。对于车载铝空气燃料电池，其优势在于使用方便，维护成本低，且比能量密度较高。

铝空气燃料电池现阶段温度控制技术不成熟，温度过高会造成电池失效以至于爆炸等问题。

实用新型内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本实用新型采用在原铝空气燃料电池基础上设计仿生热管结构。研究发现，犬舌表面上紧密排布了均匀的乳白色的微结构单元体，这种单元体结构整体上呈现前后错位的排布方式且存在一定的倾斜角度，犬舌表面微结构单元体的尖部存在微小的三叉结构，且中间高两端低。在犬舌表面发生散热现象时，水蒸气与液体的分离加快，由于水蒸气受到分子相互吸引、相互制约的内聚力作用，几簇蒸气团逐渐聚拢融合，形成了大范围的水蒸气，加快沸腾传热速率。将这种结构融入热管设计中，应用于铝空气燃料电池，可以有效解决电池温度问题。

基于犬舌表现特征值，本实用新型设计一种新型仿生空气阴极电池冷却系统的结构，在所述犬牙结构的基础上增加了交替的亲疏水表面设计，减小了热管内部冷却液的气泡脱离直径并加快气泡脱离频率，提高了沸腾传热的效率。该仿生热管散热面积大，散热效率高，可有效的解决空气阴极电池温度过高引起的电池失效问题，而且费用较低，对于提高空气燃料电池性能与安全具有重要意义。

本实用新型通过如下技术方案实现：

一种具有自控温功能的仿生燃料电池，包括壳体1、电解液出口3、片状铝阳极6、片状空气阴极7及仿生热管5；所述壳体1内充满电解液9，片状铝阳极6由壳体1上方中心放入电解液9中，片状空气阴极7置于所述壳体1相对称的内壁两侧，仿生热管5由壳体1上方放入电解液9中，与铝阳极6及空气阴极7不接触；电解液出口3位于壳体1下方，与壳体内部电解液联通，通过液压泵将废弃的电解液导出。

其中，所述仿生热管5的内壁由横向平行的亲水凸台和纵向平行的亲水凸台交错而成，亲水凸台之间形成疏水凹槽，所述横向亲水凸台之间的距离为7毫米，所述纵向亲水凸台之间的距离为7毫米，形成的疏水凹槽深度为7毫米。

进一步地，所述的片状铝阳极6厚度为3-4厘米，所述的片状空气阴极7的厚度为1-3毫米。

进一步地，所述的片状空气阴极7通过长杆4和螺栓2固定在壳体1的内壁两侧，片状结构的空气阴极7与壳体1之间涂覆有玻璃胶，起到密封作用。

进一步地，所述的仿生热管5的材料为有机玻璃，经3D打印技术加工而成，即将所述仿生热管结构输出为3D模型后由3D打印机打印。

进一步地，所述的仿生热管5以壳体1上表面为分界面，将仿生热管分为两部分，上半部分为冷凝段，下半部分为沸腾段，冷凝段内充满空气，沸腾段装有冷却液，冷凝段上方还设置有风冷装置。