[发明专利]铝空气电池氧气浓度和电解液箱温度的自切换装置及方法

说明书

本发明公开了一种铝空气电池氧气浓度和电解液箱温度的自切换装置及方法，包括氧烛箱，所述的氧烛箱为盖帽式结构，用于与电解液箱体的上端盖合设置，所述盖帽式结构的顶板设置有用于放置氧烛单体的氧烛腔，所述的氧烛单体有多个，多个氧烛单体分离设置，氧烛腔内还设置有用于点燃各个氧烛单体的电子引发器。本发明通过该氧烛箱采用盒盖扣合式结构，将氧烛箱作为可扣合的上盖，安装时直接扣到电解液箱上，通过支架使两者非接触，保证低温启动时热氧气可以集聚，实现加热电解液箱的作用，同时通过对散热风扇的设置可以实现氧气浓度和电解液箱温度的自由切换。

技术领域

本发明涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种铝空气电池氧气浓度和电解液箱温度的自切换装置及方法。

背景技术

目前，金属铝具有比能量高、体积比高、轻质、储量高的特点。因此，采用金属铝作为金属空气电池的负极，可以达到较高的能量密度，为锂电池的2.8倍。铝空气电池的基本构成为正极、负极和电解液三部分。在电池内部，由铝合金构成的负极在碱性电解液中氧化溶解，生成自由移动的电子。电子通过导体移动到电池的正极，在催化剂的作用下，参与H2O与O2的化学反应，生成OH-，在碱性电解液中最终合成Al(OH)3。显然，在整个化学反应过程中，通过电子的移动，电池实现了由化学能转化为电能。目前，针对于铝空气电池的研究，多集中在正负极材料、电解液以及电池最大功率点跟踪等方面。若要使铝空气电池能够被广泛地应用于新能源汽车、备用发电等领域，供氧、高温散热、低温启动等工程化问题也是亟需解决的问题。

电池需要在较大温度范围内工作。同时，考虑到金属空气电池需要足够的氧气供应，因此，开发一种集成温度调节和氧气浓度调节的装置，具有研究价值和工程意义。电池的一个重要应用是作为备用电源，希望在电池待机状态时电解液和正负极不接触。在供电状态时，将电解液灌入电堆中。所以，目前铝空气电池的主要结构包括反应电堆、电解液箱和碱液循环系统。在此基础上，扩展电池的温度控制系统和供氧系统。电池的温度控制包括高温散热和低温加热两种模式。系统温度过高，会损坏电子元器件，多应用风扇冷却或者水冷循环；系统温度过低，电池的化学反应速率会降低，可采用电加热或者化学加热。铝空气电池在启动过程中要求消耗的附加外部电能较少，因此建议采用化学加热的方式。

铝空气电池的供氧系统多采用氧烛。在电池启动后，根据检测的氧气浓度，适时点燃氧烛，保持系统氧气浓度恒定。氧烛的主要成分为氯酸盐。为了氯酸盐的持续燃烧，氧烛中会混入金属燃料。因此，氧烛在燃烧过程中，伴随着金属燃料的燃烧，会产生高温。一般情况下，均采用温度控制系统的散热模式，将氧烛产生的高温散去。但是，这会造成不必要的热能损耗。相关研究已在低温环境下，利用氧烛燃烧释放的热量加热电解液，保证铝空气化学反应的快速启动。但是，电池启动后，迅速积累的热量必须快速散去，以防止进入高温环境。因此，要同时考虑系统供氧与温度控制的问题，做到随着检测温度值的不同，改变温控和供氧的比重。

目前，在铝空气电池中，将氧烛置于箱体内，通过点火装置点燃氧烛，释放氧气。通过氧烛箱和电解液箱的面积接触进行热传导，加热KOH电解液，实现低温启动。然而，该方案存在的弊端为：（1）氧烛燃烧不可控，随着低温启动任务完成，氧烛燃烧产生的热量从有利变为有害，需要及时排出热量。（2）面积接触进行加热，热传导效率较低。（3）为了实现接触导热，氧烛箱布置在电解液箱附近，释放的氧气位于整体系统下层，不利于氧气扩散，氧气参与铝空气反应的效果较差。（4）氧烛燃烧结束，需要更换氧烛箱，由于氧烛箱与电解液箱面接触关系，拆卸过程中会破坏两者的热传导层，不便于拆卸。

目前铝空气电池系统的应用技术中已经出现了用氧烛实现供氧和低温启动的系统与装置。但主要采用氧烛箱与电解液箱接触的方式进行加热，加热效果不理想。

发明内容

本发明的目的是提供一种铝空气电池氧气浓度和电解液箱温度的自切换装置及方法，能够自动检测外界温度和氧气浓度，在低温环境下，自动切换为加热温度控制模式，待电池正常工作后，自动切换为供氧模式以及降温温度控制模式。

本发明采用的技术方案为：