[发明专利]基于氧气生成的金属氧气燃料电池调控装置及调控方法

说明书

本发明公开了一种基于氧气生成的金属氧气燃料电池调控装置及调控方法，其中，该装置包括：氧气在线生成供给系统，用于控制反应室的反应催化剂和反应剂发生的氧气生成反应，并向电堆供应氧气生成反应生成的氧气；氧气流量控制系统，用于获取电堆的氧气需求量，并根据氧气需求量确定进入反应室的反应剂流量；气压稳定系统，用于检测反应室的气压值，根据反应室的气压值调整进入反应室的反应剂流量。该装置能实现氧气的在线供应，满足封闭、低噪声等特殊场景下的金属氧气燃料电池供氧需求。

技术领域

本发明涉及金属氧气燃料电池技术领域，特别涉及一种基于氧气生成的金属氧气燃料电池调控装置及调控方法。

背景技术

金属氧气燃料电池是一种将金属的化学能直接转化成电能的化学电源，其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，金属氧气燃料电池在军用电源、密闭环境用电源、备用电源等领域有着良好的应用前景。

具体地，金属氧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；氧气在阴极电极的三相反应区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、Mg、Al、Zn等金属元素)：

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

氧气是金属氧气燃料电池阴极反应的反应物，金属氧气燃料电池的氧气供应方式有两种，一是直接取自空气，又称金属空气燃料电池，这种供应方式的优点是取材方便，成本低，适用于功率密度需求不高的场合，缺点是电池工作在开放环境，碱性电解液会与空气中的二氧化碳反应生成碳酸盐结晶，使得电池的性能下降。第二种方式为向电池中通入纯净的氧气，采用这种方法可以提高电池的功率密度，其缺点在于，首先，电堆需要氧气罐等专门的储氧装置，系统的重量和体积增加，因此整个电堆系统的比功率提升效果不够显著；其次，氧气罐的引入也给系统的安全性带来挑战。

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基于氧气生成的金属氧气燃料电池调控装置，该装置能实现氧气的在线供应，满足封闭、低噪声等特殊场景下的金属氧气燃料电池供氧需求。

本发明的另一个目的在于提出一种基于氧气生成的金属氧气燃料电池调控方法。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种基于氧气生成的金属氧气燃料电池调控装置，包括：

氧气在线生成供给系统，用于控制反应室的反应催化剂和反应剂发生的氧气生成反应，并向电堆供应氧气生成反应生成的氧气；

氧气流量控制系统，用于获取电堆的氧气需求量，并根据所述氧气需求量确定进入所述反应室的反应剂流量；

气压稳定系统，用于检测所述反应室的气压值，根据所述反应室的气压值调整进入所述反应室的反应剂流量。

本发明实施例的基于氧气生成的金属氧气燃料电池调控装置，通过电控单元计算电堆的需氧量，根据需氧量确定反应剂的流量，通过反应剂和反应催化剂在反应室内发生反应生成氧气，将氧气供应至电堆，并通过压力传感器检测反应室的压力，通过控制氧气生成反应的速率稳定反应室的气压，该装置能实现氧气的在线供应，满足封闭、低噪声等特殊场景下的金属氧气燃料电池供氧需求。