[发明专利]金属空气燃料电池电解液综合管理系统及方法

说明书

本发明公开了一种金属空气燃料电池电解液综合管理系统及方法，其中，该系统包括：电解液‑保护液循环系统，用于向电池供给或从电池中回收电解液或保护液；产物过滤分离系统，用于对电解液中的反应产物进行过滤分离；控制单元，用于通过液面检测单元控制电解液‑保护液循环系统中泵、阀、开关的工作状态，并通过管路中的阀、泵、开关之间工作组合改变电解液和保护液的循环路径。该系统能够有效提升金属空气燃料电池的工作性能，显著降低停放过程中的自腐蚀，延长电池的使用寿命。

技术领域

本发明涉及金属空气燃料电池技术领域，特别涉及一种金属空气燃料电池电解液综合管理系统及方法。

背景技术

金属空气燃料电池技术是一种将金属的化学能直接转化成电能的清洁能源技术，具有能量转换效率高、成本低、燃料存储携带方便、安全无污染等优点，其在车用动力、移动电源、通信基站备用电源等领域有着良好的应用前景。

具体地，金属空气燃料电池的工作原理为，金属在阳极室内的电解液中发生电化学氧化反应生成金属氧化物；空气中的氧气在空气电极的催化层发生电化学还原反应生成氢氧根离子，电极反应如下(金属M可以是Li(锂)、Mg(镁)、Al(铝)、Zn(锌)等元素)：

阳极反应：2M+2nOH^–→M₂O_n+nH₂O+2ne^–

阴极反应：O₂+2H₂O+4e^–→4OH^–

总反应：4M+nO₂→2M₂O_n

随着反应的持续进行，金属氧化物M₂O_n浓度不断上升，在电解液中聚集并产生沉淀。金属氧化物沉淀会降低电解液的导电率，增大反应物质的扩散阻力，降低电池的工作性能，缩短电池的使用寿命。使用电解液循环过滤方法可以及时分离出电解液中沉积的金属氧化物沉淀，提高电池工作性能，延长使用寿命。

除了金属氧化物沉淀造成电池性能下降以外，电解液在电池运行和停放过程中带来的问题还有：1、碱性溶液对电池组件尤其是空气电极具有腐蚀作用，会破坏电极结构，引起电池性能下降和寿命衰减；2、碱性电解液与空气中的二氧化碳反应产生碳酸盐结晶，结晶会阻碍空气电极的扩散层孔隙，造成电池性能下降；3、金属电极与碱性电解液发生析氢反应，消耗了金属燃料，使得长时间停放后电池能量显著降低。对于停放过程中电解液造成的腐蚀及能量损耗问题，迫切需要寻求有效的应对措施。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种金属空气燃料电池电解液综合管理系统，该系统能够有效提升金属空气燃料电池的工作性能，显著降低停放过程中的自腐蚀，延长电池的使用寿命。

本发明的另一个目的在于提出一种金属空气燃料电池电解液综合管理方法。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种金属空气燃料电池电解液综合管理系统，包括：电解液-保护液循环系统，用于向电池供给或从电池中回收电解液或保护液；产物过滤分离系统，用于对所述电解液中的反应产物进行过滤分离；控制单元，用于通过液面检测单元控制所述电解液-保护液循环系统中泵、阀、开关的工作状态，并通过管路中的阀、泵、开关之间工作组合改变所述电解液和所述保护液的循环路径。

本发明实施例的金属空气燃料电池电解液综合管理系统，通过集成了金属空气燃料电池电解液综合管理系统的电解液循环、停放保护和产物分离三种功能，能够有效提升金属空气燃料电池的工作性能，显著降低停放过程中的自腐蚀，延长电池的使用寿命。

另外，根据本发明上述实施例的金属空气燃料电池电解液综合管理系统还可以具有以下附加的技术特征：