[发明专利]一种分步反应型金属燃料电池系统

说明书

本发明涉及新能源领域，公开了一种分步反应型金属燃料电池系统，包括反应腔、水电极、金属电极、电解液腔和氢燃料电池；水电极和金属电极分别位于反应腔内且分别通过导线引出反应腔；反应腔通过管路与电解液腔连接，电解液腔内盛有电解液，通过所述反应腔内反应为氢燃料电池提供氢气源，通过采用分步反应的方式，把金属空气电池反应分割成两步，金属阳极反应部分处于封闭环境，解决了电解液干涸和爬碱问题，再通过关闭反应腔与氢气腔之间的阀门，这样反应腔内产生的氢气就会在反应腔内部聚集，反应腔内压强增大从而将电解液压回电解液腔内，使金属阳极与电解液分离并处于氢气的还原保护氛围内，从而可以完全杜绝腐蚀反应的发生。

技术领域

本发明涉及新能源领域，尤其是涉及一种分步反应型金属燃料电池系统。

背景技术

为了解决传统化石能源带来的环境问题以及能源危机等问题，目前各国都在大力发展新能源技术，很多欧洲国家已经给出了燃油车辆的禁售时间。

在众多新能源技术中锂电池技术是目前发展最为迅速的新能源技术。但是由于锂电池本身化学体系上的制约，其弊端非常明显，很多时候无法跟燃油能源系统相抗衡。首先，锂电池充电时间通常需要几十分钟到数小时，便利性大打折扣；其次，锂电池的理论能量密度只有240Wh/Kg～350Wh/Kg远远低于燃油的能量密度，这就造成锂电池汽车在续航里程上无法跟燃油车相比；最后，锂电池在安全方面也存在很大问题，近年来已经有多起锂电池汽车热失控着火事件发生。

燃料电池也是一种非常有前景的电化学能源技术。通常一个燃料电池内部含有一个氢电极用于提供氢气氧化反应的场所，一个空气电极/氧电极用于提供氧还原反应的场所。但是受限于氢气的制备、存储、运输等环节，燃料电池目前还无法实现大规模应用。

金属空气电池相对于锂电池能量密度方面有绝对优势，甚至可以跟燃油车相媲美，比如，铝空气电池的理论比能量可达8.1kWh/kg，目前的实际比能量约350Wh/kg，分别是锂电池的2.3倍、镍氢电池的6倍、铅酸电池的7倍多。此外，空气电池具有无毒、无害、无污染，可回收循环使用等特点。但是由于金属空气电池都需要一个空气电极提供空气反应的场所，所以金属空气电池一般都是非封闭环境。现有的金属空气电池存在以下不足：

1、金属空气电池通常包含液态电解液，于开放环境容易造成电液干涸及上涨，影响到电池的容量和寿命，如果采用碱性电液还容易发生碳酸盐化，增加电池的内阻，影响放电；

2、金属空气电池的贮存性能差，因为电池中的空气扩散到负极会加快负极的自放电；

3、空气电极还很容易堆积氧化物，阻塞反应路径；

4、金属阳极的反应效率较低，容易发生腐蚀，造成自放电率过高。

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足，提供一种分步反应型金属燃料电池系统，通过采用分步反应的方式，把金属空气电池反应分割成两步，金属阳极反应部分处于封闭环境，解决了电解液干涸等问题，同时通过将产生的氢气将电解液压回电解液腔来阻止静止状态下金属阳极的腐蚀反应，大大提高金属阳极的利用率。

为解决上述技术问题，本发明提出一种分步反应型金属燃料电池系统，包括反应腔、水电极、金属电极、电解液腔和氢燃料电池；

所述水电极和金属电极分别位于反应腔内且分别通过导线引出反应腔，所述反应腔内设有电极隔离片，所述电极隔离片将水电极和金属电极隔开；

所述电解液腔内盛有电解液，其通过管路与反应腔连通，所述电解液腔内的电解液通过管路往返于反应腔和电解液腔之间；

通过所述反应腔内的反应为氢燃料电池提供氢气源。