[发明专利]一种金属燃料电池反应产物分离系统及分离方法

说明书

本发明涉及一种金属燃料电池反应产物分离系统及分离方法，属于金属燃料电池技术领域，解决了现有金属燃料电池中反应产物分离困难导致电解液消耗量大、电池性能衰减快及造成辅助设备性能下降的问题。该系统包括金属燃料电池堆和电解液再循环回路，电解液再循环回路上依次设有反应产物分离装置和电解液泵；反应产物分离装置包括圆盘分离器，圆盘分离器包括电解液储槽和第一固态反应产物收集槽，电解液储槽内设有多个并联柱形分离圆盘，柱形分离盘的圆柱面由纳米吸附材料制成；柱形分离圆盘的柱形面上设有用于刮扫掉吸附的反应产物的第一刮泥板。本发明保证了进入电池的电解液为不饱和电解液，避免了沉淀颗粒的形成，提升了金属燃料电池的性能。

技术领域

本发明涉及金属燃料电池技术领域，尤其涉及一种金属燃料电池反应产物分离系统及分离方法。

背景技术

随着石油资源紧张所带来的危机，为保障国家能源安全，金属燃料电池具有很大的发展空间，尤其电动汽车的快速发展是对电池提出了巨大需求和挑战。锂离子电池和质子交换膜燃料电池作为当前电动汽车发展的两大路线，但锂电池汽车存在续航里程短及充电时间长、质子交换膜燃料电池存在氢气存储携带困难及加氢站匮乏等缺点，其推广普及应用还面临较大的技术难题。

近几年，金属燃料电池的发展引起广泛关注，其利用金属铝、镁、锌等活泼金属与氧气在电池内的电化学反应将化学能直接转化成电能输出。由于铝、镁、锌等活泼金属具有很高的能量密度，且存储携带方便安全，因此金属燃料电池可以用于单兵电源、备用电源、电动汽车等多种场合。

但是，目前微纳米级的金属氧化物沉淀对金属燃料电池的性能具有多重不良影响：(1)沉淀颗粒聚集在金属阳极表面，影响金属阳极的电化学反应速率；(2)沉淀颗粒聚集在阴极表面并堵塞阴极的孔隙，影响阴极的电化学反应速率；(3)沉淀颗粒堵塞电解液流通通道，造成电解液流动阻力增大，甚至中断电解液流动；(4)电解液溶解饱和后，其电导率将大幅下降，造成电池内阻增加而性能降低；(5)电解液散热器内结垢，导致散热性能下降。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明实施例旨在提供一种金属燃料电池反应产物分离系统及分离方法，用以解决现有金属燃料电池中阴极和阳极化学反应速率低、电解液流动性以及导热性能差的技术问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一方面，本发明公开了一种金属燃料电池反应产物分离系统，该系统包括金属燃料电池堆和电解液再循环回路，电解液再循环回路上依次设有反应产物分离装置和电解液泵；电解液泵用于驱动电解液循环流动；反应产物分离装置包括圆盘分离器，圆盘分离器包括电解液储槽和第一固态反应产物收集槽，电解液储槽内设有多个并联的由电机带动旋转的柱形分离圆盘，柱形分离盘的圆柱面由纳米吸附材料制成；柱形分离圆盘的柱形面上设有第一刮泥板，第一刮泥板用于刮掉柱形面上吸附的反应产物。

在一种可能的设计中，金属燃料电池堆一侧设有阳极反应物质入口和阳极反应物质出口；另一侧设有阴极反应物质入口和阴极反应物质出口；纳米吸附材料为纳米二氧化钛材料、纳米二氧化锆材料、纳米三氧化铝材料或TiO₂-α-Al₂O₃材料中的任一种。

在一种可能的设计中，柱形分离盘的两端面由纳米吸附材料制成；分离圆盘两端的圆盘面上设有第二刮泥板，第二刮泥板用于刮掉圆盘面上吸附的反应产物。

在一种可能的设计中，反应产物分离装置还包括与圆盘分离器串联的第一反应产物分离器；第一反应产物分离器设于圆盘分离器和电解液泵之间的电解液再循环回路上；第一反应产物分离器包括第一分离器外壳、第一自旋转圆柱体、设于第一分离器外壳两端的第一电解液进口和第一电解液出口；第一自旋转圆柱体的圆柱面由纳米吸附材料制成；