[发明专利]一种原位物理催化分步反应型金属燃料电池系统

权利要求书

1.一种原位物理催化分步反应型金属燃料电池系统，其特征在于，包括：

反应腔(1)；

水电极(2)和金属电极(3)，分别位于反应腔(1)内且分别通过导线引出反应腔(1)作为一个电能输出端；

电极隔离片(4)，用于将水电极(2)和金属电极(3)隔开；

电解液腔(5)，其内盛有电解液，通过管路与反应腔(1)连通，所述电解液腔(5)内的电解液通过管路往返于反应腔(1)和电解液腔(5)之间；

原位物理催化装置(6)，其位置与金属电极(3)对应，用于将金属电极(3)的表面反应产物清理干净，所述原位物理催化装置(6)包括原位物理催化层和驱动机构，原位物理催化层紧贴于金属电极(3)的反应表面，用于对金属电极(3)的表面反应物进行清理，驱动机构用于使原位物理催化层与金属电极(3)发生相对运动；

氢燃料电池(7)，其与反应腔(1)相连通，以反应腔(1)内产生的氢气发电。

2.根据权利要求1所述的一种原位物理催化分步反应型金属燃料电池系统，其特征在于：所述金属电极(3)的密度为ρ、总质量为WM，所述燃料电池内氢电极总投影面积为SH₂，所述水电极(2)的总投影面积为SH₂O，满足：其中，ρ的单位为g/cm³，WM的单位为g，SH₂和SH₂O的单位为cm²，K＝1/4和L＝1/3为量纲调整系数。

3.根据权利要求1所述的一种原位物理催化分步反应型金属燃料电池系统，其特征在于：所述原位物理催化层的采用纳米颗粒或者金属离子传导性的催化材料制成。

4.根据权利要求3所述的一种原位物理催化分步反应型金属燃料电池系统，其特征在于：所述金属离子传导性的催化材料为锂电池三元材料NCA、NCM、氧化镍、氧化锰、二氧化钛、氧化铷、氧化铜和氧化钒中的任意一种或者几种的混合。

5.一种原位物理催化分步反应型金属燃料电池系统，其特征在于，包括：

反应腔(1)；

水电极(2)和金属电极(3)，分别位于反应腔(1)内且分别通过导线引出反应腔(1)作为一个电能输出端；

电解液腔(5)，其内盛有电解液，通过管路与反应腔(1)连通，所述电解液腔(5)内的电解液通过管路往返于反应腔(1)和电解液腔(5)之间；

原位物理催化装置(6)，其位置与金属电极(3)对应，用于将金属电极(3)的表面反应产物清理干净，所述原位物理催化装置(6)包括原位物理催化层和驱动机构，所述水电极(2)表面镀有一层电子绝缘的研磨粉料作为原位物理催化层，该原位物理催化层紧贴金属电极(3)的反应表面并将水电极(2)和金属电极(3)隔开，驱动机构与水电极(2)和/或金属电极(3)连接，用于驱动水电极(2)和/或金属电极(3)，使二者发生相对运动；

氢燃料电池(7)，其与反应腔(1)相连通，以反应腔(1)内产生的氢气发电。

6.根据权利要求5所述的一种原位物理催化分步反应型金属燃料电池系统，其特征在于：所述研磨粉料为二氧化硅、氧化铝、氧化铈和碳化硅中的任意一种。

7.根据权利要求1所述的一种原位物理催化分步反应型金属燃料电池系统，其特征在于：所述氢燃料电池(7)通过管路直接与反应腔(1)连通，且连接氢燃料电池(7)与反应腔(1)之间的管路上设有单向阀、开关和气泵，所述反应腔(1)内产生的氢气通过气泵抽送至氢燃料电池(7)。

8.根据权利要求1或7所述的一种原位物理催化分步反应型金属燃料电池系统，其特征在于：还包括氢气腔(8)，所述氢气腔(8)通过管路分别与反应腔(1)和氢燃料电池(7)连接，且连接反应腔(1)和氢燃料电池(7)的管路上分别设有单向阀、开关和气泵，所述反应腔(1)内产生的氢气通过管路抽送至氢气腔(8)存储，所述氢气腔(8)内存储的氢气通过管路抽送至氢燃料电池(7)。