一种加快阴极表面空气流动的燃料电池装置 技术领域

本发明涉及一种空气电极燃料电池， 具体涉及一种加快阴极表面空气流动 的燃料电池装置。

背景技术

燃料电池由阳极、 阴极和离子导电的电解液构成， 其工作原理与普通的化 学类电池类似。 空气电极燃料电池釆用金属或者合金做阳极， 而其阴极采用空 气电极， 其这类燃料电池可应用于电动汽车、 笔记本电脑和手机电池中， 目 前主要应用于应急电源， 其原理是电化学反应， 因此其在工作中会放出热量， 而目前对于燃料电池的研究均没有关注电池的 散热问题， 尤其是当多级电池并 联或串联使用时， 工作中每级电池都在放热， 会使整个电池组的热量难以排放， 以至于影响到其他零部件的性能及使用寿命。

发明内容

为了克服现有技术的不足， 本发明的目的在于提供加快阴极表面空气流动 的燃料电池装置， 以解决多级电池一起使用时， 电化学反应过程中所产生的热 量的散热问题， 并为空气阴极电极提供充足的氧气。

为了解决上述问题， 本发明所采用的技术方案是： 一种加快阴极表面空气 流动的燃料电池装置， 由至少两个单级电池组合而成， 其中每个单级电池包括 壳体， 电解液腔， 反应物收集腔， 位于电解液腔和反应物收集腔之间的电化学 反应腔， 所述电化学反应腔的一侧设置有一可供阳极插 入的阳极插口， 和插入 电化学反应腔中的阳极电极板， 以及阳极电极板两侧的空气阴极电极板， 空气 阴极附在电化学反应腔的两侧， 还包括一个空气循环结构。

为了达到很好的散热效果， 并实现将电化学反应腔在反应过程中的热量及 说 明 书 时移除， 本发明优选的方案中， 所述空气循环结构包括了壳体内部的自循环通 道和位于两相邻的单级电池之间的外循环通道 。

本发明所述的自循环通道位于壳体内部连通所 述电解液腔、 电化学反应腔 以及反应物收集腔的通道， 包括位于阳极固定板与阳极电极板之间的通道 或位 于阳极电极板与化学反应腔一端壳体内壁之间 的通道。

优选的， 本发明所述的自循环通道位于壳体内部， 包括位于阳极固定板与 阳极电极板之间的通道和位于阳极电极板与化 学反应腔一端壳体内壁之间的通 道。

本发明所述外循环通道为两相邻的两级电池通 过一^ ^合结构， 在相邻单级 电池之间形成的通道。

为了保证通道的形成及多级电池之间的有效连 接， 所述的卡合结构为分别 在一个单级电池的上电解液腔外壁上设置两条 以上的凸棱和在其相邻的单级电 池的上电解液腔外壁上设置对应的凹形棱。

本发明的优选方案中， 所述的卡合结构包括在一个单级电池的上电解 液腔 外壁上分别设置凸棱和凹形棱， 而在其相邻的单级电池的上电解液腔外壁设置 相匹配的凸棱和凹形棱。

本发明所述的卡合结构是在上述凸棱上设置的 螺栓固定装置， 是在一个单 级电池的凸棱和下电解液腔上设置螺孔， 在其相邻的单级电池的凸棱和下电解 液腔上设置螺栓， 两个相邻的单级电池通过螺栓固定装置固定。

为了使两个相邻的单级电池之间的空间的下端 密封， 保证电化学反应中产 生的热气沿着固定的通道流动， 本发明所述的电解液腔厚度与其一面侧壁上的 凸棱或凹形棱的厚度之和与反应物收集腔的厚 度相等。

本发明的方案中， 所述的凸棱或 ϋ形棱设置在外壁上沿纵向方向上相互平 行。 优选的， 所述的两条凸棱或凹形棱设置在外壁上呈下宽 上窄八字形。

为了使相邻两级电池之间的电化学反应腔之间 有足够的空间进行热交换， 说 明 书 进一步加快阴极表面的空气流动， 所述的单级电的电化学反应腔的厚度较电解 液腔、 反应物收集腔的厚度小。

优选的方案中， 本发明的加快阴极表面空气流动的燃料电池装 置还包括一 个阴极反应热交换结构。

其中， 所述阴极反应热交换结构包括设置在电化学反 应腔的正面及背面均 的绝缘阴极固定隔栅， 所述阴极固定隔栅上设有凸起。

作为优选的， 本发明的加快阴极表面空气流动的燃料电池装 置还包括一阳 极密封装置。

本发明所述阳极密封装置包括弹性密封垫圏及 阳极固定板， 所述阳极固定 板与阳极电极板的一端连接， 所述弹性密封垫圈位于阳极固定板与阳极插口 之 间， 所述弹性密封垫圏位于阳极固定板与阳极插口 之间， 所述阳极固定板的内 侧设有凸条， 所述凸条的大小与阳极插口相匹配； 所述阳极固定板的内侧还设 有环形凸棱， 所述环形凸棱的大小与弹性密封圏相匹配， 所述阳极电极板通过 密封装置密封并固定在电化学反应腔中。

优选的， 本发明所述的阳极密封装置还包括分别安装在 所述阳极插口两端 的壳体上相对应位置处的限位块和两端分别安 装所述限位块上的辊式固定弹簧 条。

本发明的有益效果在于：

1.本发明使用的电源采用合金或者金属做阳极� �� 以空气为阴极的燃料电池， 因此具有污染小， 其不需靠电网储存电能， 能独立于运行产生电流， 因此成本 低等优点。

2.本发明的多级外循环式空气电极燃料电池是� ��个单级电池通过凸棱和凹 形棱卡合固定组合， 使相邻的单级电池结合牢固， 在使用中不容易散落，方便拆 卸。

3.本发明最主要的优点在于： 通过凸棱和凹形棱使多个单级电池相互固定， 说 明 书 并在相邻的单级电池之间形成一个通道， 同时由于上电解液腔厚度与其一面侧 壁上的凸棱的厚度之和与下电解液腔的厚度相 等， 保证了两个相邻的单级电池 之间的空间的下端密封， 形成一个类似烟囱的结构， 使反应中产生的热气沿着 固定的槽往上流动， 在散热的同时实现了热量通过电池外壳与电解 液的热交换， 并带动电解液循环流动， 进一步加速了电化学反应， 此外由于单级电池位于中 间的电化学反应腔的厚度较上、 下电解液腔厚度小， 使相互固定的两个相邻的 单级电池中间位置的通道的体积较大而形成空 气通道， 空气通过单级电池的侧 面进入到空气通道中， 并通过微孔进入到电化学反应腔中为阴极反应 充足的氧 气， 是反应更为充分、 完全， 使电极材料达到最大的利用率。

下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一 步详细说明。

附图说明

图 1为本发明加快阴极表面空气流动的燃料电池� �置单级电池结构示意图； 图 2 为本发明加快阴极表面空气流动的燃料电池装 置单级电池内部结构示 意图；

图 3 为本发明加快阴极表面空气流动的燃料电池装 置单级电池卡合结构示 意图；

图 4 为本发明加快阴极表面空气流动的燃料电池装 置单级电池卡合结构示 意图；

图 5 为本发明加快阴极表面空气流动的燃料电池装 置中的一个实施例示意 图；

图 6 为本发明加快阴极表面空气流动的燃料电池装 置多级电池装置结构示 意图；

图 7 为本发明加快阴极表面空气流动的燃料电池装 置两个单级电池之间的 通道剖面图。 说 明 书

具体实施方式

如图 1所示， 本发明的加快阴极表面空气流动的燃料电池装 置， 由至少两 个单级电池组合而成， 其中每个单级电池包括壳体， 电解液腔 1 , 反应物收集腔 3 , 位于电解液腔 1和反应物收集腔 3之间的电化学反应腔 2 , 所述电化学反应 腔 2的一侧设置有一可供阳极插入的阳极插口， 和插入电化学反应腔 2 中的阳 极电极板 5 , 以及阳极电极板两侧的空气阴极电极板， 空气阴极电极附在电化学 反应腔 2的两侧； 其还包括一个空气循环结构。

如图 2、 图 3所示， 为了达到很好的散热效杲， 并实现将电化学反应腔 2在 反应过程中的热量及时移除， 本实施例， 优选的方案中， 所述空气循环结构包 括了电池内部的自循环通道和位于两相邻的单 级电池之间的外循环通道。

如图 6、 图 7所示， 本发明所述外循环通道为两相邻的两级电池通 过一- ^合 结构， 在相邻单级电池之间形成的通道 8。

本发明的一个实施例中， 所述的自循环通道位于壳体内部连通所述电解 液 腔、 电化学反应腔以及反应物收集腔的通道， 包括位于阳极固定板与阳极电极 板之间的通道 21或位于阳极电极板电极板 5与化学反应腔 2—端壳体内壁之间 的通道 22。

如图 2 所示， 本发明的另一个是实施例中， 优选的， 本发明所述的自循环 通道位于壳体内部， 包括位于阳极固定板 6与阳极电极板 5之间的通道 21和位 于阳极电极板 5与化学反应腔 2—端壳体内壁之间的通道 22。

如图 3、 图 4所示， 为了保证通道的形成及多级电池之间的有效连 接， 所述 的卡合结构为分别在一个单级电池的上电解液 腔外壁上设置两条以上的凸棱 1 1 和在其相邻的单级电池的上电解液腔外壁上设 置对应的凹形棱 12。

如图 5 所示， 本发明的一个实施例中， 优选的， 所述的卡合结构包括在一 个单级电池的上电解液腔外壁上分别设置凸棱 11和凹形棱 12 ,而在其相邻的单 说 明 书 级电池的上电解液腔外壁设置相匹配的凸棱 1 1和凹形棱 12。

本发明的方案中， 所述的凸棱 11或凹形棱 12设置在外壁上沿纵向方向上 相互平行。 优选的， 所述的两条凸棱或 EJ形棱设置在外壁上呈下宽上窄八字形。

本发明所述的卡合结构是在上述凸棱上设置的 螺栓固定装置， 是在一个单 级电池的凸棱和下电解液腔上设置螺孔， 在其相邻的单级电池的凸棱和下电解 液腔上设置螺栓， 两个相邻的单级电池通过螺栓固定装置固定。

本发明的另一个实施例中， 为了使两个相邻的单级电池之间的空间的下端 密封， 保证电化学反应中产生的热气沿着固定的通道 流动， 本发明所述的电解 液腔 1厚度与其一面侧壁上的凸棱 11或凹形棱 12的厚度之和与反应物收集腔 3 的厚度相等。

如图 5 所示， 优选的， 为了使相邻两级电池之间的电化学反应腔之间 有足 够的空间进行热交换， 进一步加快阴极表面的空气流动， 本发明所述的单级电 的电化学反应腔 2的厚度较电解液腔 1、反应物收集腔 3的厚度小， 以在两个相 邻的单级电池的电化学反应腔之间保持一定的 距离， 形成热交换腔 9。

优选的实施方案中， 本发明的加快阴极表面空气流动的燃料电池装 置还包 括一个阴极反应热交换结构。

其中， 所述阴极反应热交换结构包括设置在电化学反 应腔的正面及背面均 的绝缘阴极固定隔栅 23 , 所述阴极固定隔栅上设有凸起。

作为优选的实施方案中， 本发明的加快阴极表面空气流动的燃料电池装 置 还包括一阳极密封装置。

本发明所述阳极密封装置包括弹性密封垫圏 4及阳极固定板 6 ,所述阳极固 定板 6与阳极电极板 5的一端连接， 所述弹性密封垫圈 4位于阳极固定板 6与 阳极插口之间， 所述弹性密封垫圏位于阳极固定板与阳极插口 之间， 所述阳极 固定板的内侧设有凸条， 所述凸条的大小与阳极插口相匹配； 所述阳极固定板 的内侧还设有环形凸棱， 所述环形凸棱的大小与弹性密封圏相匹配， 所述阳极 说 明 书 电极板通过密封装置密封并固定在电化学反应 腔中。

作为优选的实施例中， 本发明所述的阳极密封装置还包括分别安装在 所述 阳极插口两端的壳体上相对应位置处的限位块 和两端分别安装所述限位块上的 辊式固定弹簧条。

以上所述的实施例， 只是本发明较优选的具体实施方式的几种， 上述实施 例还可以为在阴极固定板设置凹凸卡合结构 , 而在单级电池的上电解液腔两侧 的外壁上设有至少一条凸棱， 使相邻的单级电池之间形成一个通道。 另外凸棱 可以是两条也可以是多条， 两凸棱之间的位置关系也并不限于平行或者是 八字 形。 所以本领域技术人员在本发明方案范围内进行 的通常变化和替换都应包含 在本发明的保护范围内。