可長時間工作的大功率高容量海水電池、船形電池及船的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種可長時間工作的大功率高容量海水電池，包括一個或多個由鎂基合金電極、空氣電極、空氣電極與鎂基合金電極之間所形成的反應腔體以及位于空氣電極另一側的氣室所構成的單元電池，單元電池承載于可浮于海面的浮動體。本發明的電池可長時間懸浮于海面上工作，具有較高的移動性，實用性強。同時，還可以基于這一海水電池將其改造為船形電池，并進一步改造為無人船。
【專利說明】
可長時間工作的大功率高容量海水電池、船形電池及船
技術領域
[0001]本發明涉及燃料電池技術領域，具體涉及一種可長時間工作的大功率高容量海水電池，同時還涉及以該海水電池為基礎制造的船形電池及船。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著陸地資源的匱乏及海洋開發力度的不斷加大，海洋工程已經在國民經濟中占有十分重要的地位。現代海洋開發活動中，海洋石油、天然氣的開發、海洋運輸、海洋捕撈的規模和產值巨大，屬于已成熟的產業;海水淡化、海水提溴和鎂、海上工廠、海底隧道等正在迅速發展;深海采礦、海水提鈾等正在研究和試驗之中。上述海洋工程的開展都需要大量電力的支撐，因此海水電池應運而生，它以海水作為電解液，依靠陽極金屬材料在海水中的腐蝕溶解提供放電電流，陰極依靠海水中的溶解氧在惰性電極上進行還原反應提供陰極電流，極大的提高了電力來源的便利性。通常采用的鎂海水電池的放電反應機理為:
[0003]陽極:Mg_2e—=Mg2+
[0004]陰極:02+2H20+4e—=40H—
[0005 ]總反應:2Mg+02+2H20 = 2Mg (OH) 2
[0006]目前對于海水電池的研究大多集中于如何通過改進電池材料和結構以提高使用壽命上。如公開號為CN1543001A的專利申請，其公開了一種鎂海水電池，通過對鎂合金成分進行調整，提高鑄造工藝等措施，開發出一種容量大、能長時間穩定工作、無需維護、低成本的海水電池。然而，對于海水電池在海洋工程的具體應用而言，由于應用環境的多變及應用場所的轉換需求，其可移動性同樣十分重要。同時，由于海水電池在反應過程中需要不斷消耗氧氣，海水中的溶解氧含量低且電池內部溫度也會隨之升高，需要通過相應的措施對氧氣進行補充并及時進行散熱。因此，基于上述訴求，急需開發一種既能長時間工作，又具有移動性能，且可以及時補充電池內部氧氣并具有良好散熱性能的海水電池。
【發明內容】
[0007]為了克服現有技術的不足，本發明的目的之一在于提供一種可長時間工作的大功率高容量海水電池，通過設置氣室及空氣進出口等結構，為電池反應補充所需氧氣并降低電池溫度。
[0008]本發明的目的之二在于提供一種以所述可長時間工作的大功率高容量海水電池為基礎改造而成的船形電池。
[0009]本發明的目的之三在于提供一種以所述船形電池為基礎改造而成的船。
[0010]本發明的目的之一采用以下技術方案實現:
[0011]—種可長時間工作的大功率高容量海水電池，包括一個或多個由鎂基合金電極、空氣電極、空氣電極與鎂基合金電極之間所形成的反應腔體、位于空氣電極另一側的氣室所構成的單元電池，單元電池承載于可浮于海面的浮動體，同時還設置有與氣室相通的空氣進出通道并延伸至單元電池上方，空氣通道的兩端形成空氣進出口，單元電池反應腔體具有海水進入口，供海水進入反應腔體。
[0012]特別地，所述鎂基合金電極是以鎂、鋁、鋅、錳多元合金為主加工成電池的金屬電極，其中鎂含量^93%，在低濃度電解液中具有較高活性。
[0013]特別地，所述單元電池的數量為多個，相互之間通過串聯形成電池組，其中鎂基合金陽極與空氣電極均為片狀，空氣電極分為左右兩部分且于頂端連接，單元電池從一側到另一側的結構順序為:氣室、固定于氣室側面的空氣電極左部、反應腔一側、鎂基合金電極、反應腔另一側、空氣電極右部、固定空氣電極右部的另一氣室;相鄰單元電池共用氣室。
[0014]特別地，海水進入口位于單元電池反應腔下部，其開口截面積為1.5?1cm2。
[0015]特別地，單元電池反應腔體下部延伸形成供海水進入的緩沖室，緩沖室的橫剖線為V型，海水進入口位于緩沖室底部，緩沖室內部設有一個或多個與單元電池反應腔體相對應的海水間隔板。
[0016]本發明的目的之二采用以下技術方案實現:
[0017]—種船形電池，包括如前所述的可長時間工作的大功率高容量海水電池，其中涉及的浮動體為船體，單元電池內置于船體，該船體包括船首、船舷、船尾和尾翼，還包括位于船尾左右兩側的冷空氣進入通道和熱空氣排出通道，分布于單元電池左右兩側的單元電池空氣進入通道、單元電池空氣排出通道，單元電池空氣進入通道、單元電池空氣排出通道連通構成空氣進出通道并與氣室相通，空氣通道的兩端形成空氣進出口，所述空氣進出口位于尾翼頂部。上述空氣流通結構使電池內部的空氣形成對流，對流空氣在每個單元電池的氣室并聯通過，流動速度^ 30mm/s。
[0018]特別地，所述氣室為多個，且相互連通;船體上還設有空氣強制流通裝置，該裝置包括位于電池反應腔體內部的感應器和位于空氣進出口的風機，感應器、風機之間通過電路連接，同時與單元電池電路連接。當單元電池腔體內部溫度超過30°C或空氣中含氧量低于10%時由感應器觸發風機運行，使電池內部的空氣形成強制對流。
[0019]特別地，在單元電池中還設有海水氣壓緩沖隔板，在尾翼上設置有海浪緩沖氣室，在船體頂部側面設置有與船體內部聯通的海浪產生壓力釋放口和/或對應于單元電池反應腔體上方設置有與電源電池反應腔體聯通的海浪在單元電池內部產生氣壓釋放口，共同起到平衡電池內部氣壓的作用。
[°02°]特別地，在所述單元電池鎂基合金陽極的上部50?200mm的高度處設定水位線。所述鎂基合金陽極上部與水位線之間的內部區域，為海浪產生的氣壓釋放空間，海浪產生氣體經海浪在單元電池內部產生氣壓釋放口排出。
[0021]特別地，所述船體尾翼頂部空氣進出口處還設有一個防止海水濺入裝置，以阻止海水由空氣進出口濺入氣室。
[0022]本發明的目的之三采用以下技術方案實現:
[0023]—種以上述船形電池為基礎所制造的船，船體上還設有以下裝置中的一種或幾種:用于為船體提供航行動力的動力裝置、位于船體尾翼頂端的用于與通信系統連接收發電磁波的天線、用于實現信號接收與傳遞的信號收發室、用于維持船體自身平衡的船體平衡室、用于確定位置及控制航向的GPS定位導航和方向舵室、用于防止船體受損的防碰撞設施、用于牽引物體的拖掛裝置。所述動力結構優選為電動推進器。其中的船體平衡室和防碰撞設施的材料由聚氨酯軟質泡沫樹酯噴涂、填充成型。除此之外，還可根據實際應用情況增加紅外攝像、照明和燈光信號系統等。
[0024]本發明的有益效果:
[0025](I)本發明通過在海水電池的基礎上增加一個供其承載的浮動體，使海水電池能夠懸浮于在海面上，增加其移動性。同時，可以在這一浮動體的基礎上，將其改造為船形電池，并增設動力結構及其他船體結構改造為船，使其具備更高的移動性和實用性。
[0026](2)本發明所涉及的各單元電池腔體均為開放式結構，使進入各腔體中的海水處于聯通狀態，以使各單元電池的電解液相流動，實現電解液的熱反應平衡，優化電池組的工作性能。
[0027](3)本發明通過設置多個供空氣流通的通道，使電池內部空氣形成對流，為電池反應補充所需氧氣并降低電池溫度，能夠有效提高反應效率、增加電池壽命。
[0028](4)本發明通過在浮動體上設置多個壓力調節裝置，能夠平衡由于海水或海浪產生的氣壓差，維持電池的正常工作。
[0029]與現有技術相比，本發明的可長時間工作的大功率高容量海水電池結構簡單、發電效率高、電池壽命長、移動性強，具有極高的經濟附加值和社會價值。
【附圖說明】
[0030]圖1為本發明的一種可長時間工作的大功率高容量海水電池的優選實施例的主視圖；
[0031 ]圖2為本發明的一種可長時間工作的大功率高容量海水電池的優選實施例的空氣流通示意圖；
[0032]圖3為本發明的一種可長時間工作的大功率高容量海水電池的優選實施例的仰視圖；
[0033]圖4為本發明的一種可長時間工作的大功率高容量海水電池的優選實施例的后視圖；
[0034]圖5為本發明的一種可長時間工作的大功率高容量海水電池的優選實施例的右視圖；
[0035]圖6-7均為本發明的一種可長時間工作的大功率高容量海水電池的優選實施例的俯視圖。
【具體實施方式】
[0036]本發明可長時間工作的大功率高容量海水電池的一個優選實施例如圖1至圖7所不O
[0037]如圖1、圖3-7所示，該可長時間工作的大功率高容量海水電池是由電池組和裝載該電池組的船體所構成。
[0038]電池組由多個單元電池串聯組成，每個單元電池包括空氣電極104、鎂基合金電極116和氣室。
[0039]電池組置于一個船體內，單元電池反應腔體下部在船體內延伸形成供海水進入的緩沖室107，緩沖室107的橫剖線為V型，可以減小船體在海水中的航行阻力。緩沖室107底部設有海水進入口 103，供海水進入緩沖室107，從而進入各單元電池反應腔體進行反發電。海水進入口同時可作為反應物排放口供電池組及時排出陽極反應物，保證反應的順利進行。緩沖室內部設有一個或多個與單元電池反應腔體相對應的海水間隔板115，使單元電池反應腔體整體分隔為相對獨立的空間。
[0040]船體上具有空氣流通系統:船尾左右兩側具有冷空氣進入通道101和熱空氣排出通道102，單元電池左右兩側還具有單元電池空氣進入通道106、單元電池空氣排出通道105，單元電池空氣進入通道106、單元電池空氣排出通道105連通構成空氣進出通道，所述空氣進出口 117位于尾翼頂部，并通過所述空氣進出通道與氣室相通。
[0041]船體上還具有氣壓調節系統，包括:在單元電池中設置的海水氣壓緩沖隔板108、在尾翼上設置的海浪緩沖氣室110、在船體頂部側面設置的與船體內部聯通的海浪產生壓力釋放口 111、在對應于單元電池反應腔體上方設置的與電源電池反應腔體聯通的海浪在單元電池內部產生氣壓釋放口 119。上述裝置共同起到平衡本發明的可長時間工作的大功率高容量海水電池內部氣壓的作用。
[0042]并且，為了便于航行等實際應用，船體上還具有用于為船體提供航行動力的電動推進器118、位于船體尾翼頂端的用于與通信系統連接收發電磁波的天線109、位于船首上部用于實現信號接收與傳遞的信號收發室112、位于船首下部用于維持船體自身平衡的船體平衡室113、位于船尾用于確定位置及控制航向的GPS定位導航和方向舵室114、用于防止船體受損的防碰撞設施以及用于牽引物體的拖掛裝置。
[0043]在使用時，海水從海水進入口103進入單元電池反應腔體，緩沖室107等空間的空氣經過海水氣壓緩沖隔板108上部的空間從海浪產生壓力釋放口 111排出。海水進入空氣電極104的反應區域，電池自然聯通，開始發電。電池工作時所產生的氫氣可借由海浪在單元電池內部產生氣壓釋放口 119排出。電池在工作的時候需要消耗氧氣，單元電池空氣排出通道105、單元電池空氣進入通道106低于海水平面，當內部氧氣消耗到含氧量低于10%，或電池腔體內部溫度超過30°C，由單元電池提供電力的位于電池反應腔體內部的感應器將所感應到的信號通過電路進行反饋，使位于空氣進出口且同樣由單元電池提供電力的風機運轉，外界空氣通過空氣流通系統中的空氣循環進出口 117進入船體內部，繼而通過強制對流在各個單元電池的氣室并聯通過，流動速度^ 30mm/s，使空氣中的氧氣達到正常范圍，具體的空氣流通路徑如圖2所示。當海浪起伏不平的時候，電池內部空氣壓力也是隨著海浪變化而變化的，每個單元電池的海浪產生壓力釋放口 111平衡隨著海浪產生的進、出空氣壓力。同時，船體通過船體平衡室113維持在風浪中的平衡，從而幫助電池正常工作。
[0044]對本領域的技術人員來說，可根據以上描述的技術方案以及構思，做出其它各種相應的改變以及形變，而所有的這些改變以及形變都應該屬于本發明權利要求的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種可長時間工作的大功率高容量海水電池，包括一個或多個由鎂基合金電極、空氣電極、空氣電極與鎂基合金電極之間所形成的反應腔體、位于空氣電極另一側的氣室所構成的單元電池，所述單元電池承載于可浮于海面的浮動體，其特征在于:還設置有與氣室相通的空氣進出通道并延伸至單元電池上方，空氣通道的兩端形成空氣進出口，單元電池反應腔體具有海水進入口，供海水進入反應腔體。2.根據權利要求1所述的可長時間工作的大功率高容量海水電池，其特征在于:所述單元電池的數量為多個，相互之間通過串聯形成電池組;其中鎂基合金陽極與空氣電極均為片狀，空氣電極分為左右兩部分且于頂端連接，單元電池從一側到另一側的結構順序為:氣室、固定于氣室側面的空氣電極左部、反應腔一側、鎂基合金電極、反應腔另一側、空氣電極右部、固定空氣電極右部的另一氣室;相鄰單元電池共用氣室。3.根據權利要求2所述的可長時間工作的大功率高容量海水電池，其特征在于:海水進入口位于單元電池反應腔下部，其開口截面積為1.5?1cm2。4.根據權利要求1所述的可長時間工作的大功率高容量海水電池，其特征在于:單元電池反應腔體下部延伸形成供海水進入的緩沖室，緩沖室的橫剖線為V型，海水進入口位于緩沖室底部，緩沖室內部設有一個或多個與單元電池反應腔體相對應的海水間隔板。5.—種船形電池，包括如權利要求1-4任一項所述的可長時間工作的大功率高容量海水電池，所述可長時間工作的大功率高容量海水電池中的浮動體為船體，其特征在于:所述單元電池內置于船體，該船體包括船首、船舷、船尾和尾翼，還包括位于船尾左右兩側的冷空氣進入通道和熱空氣排出通道，分布于單元電池左右兩側的單元電池空氣進入通道、單元電池空氣排出通道，單元電池空氣進入通道、單元電池空氣排出通道連通構成空氣進出通道并與氣室相通，空氣通道的兩端形成空氣進出口，所述空氣進出口位于尾翼頂部。6.根據權利要求5所述的船形電池，其特征在于:所述氣室為多個，且相互連通;船體上還設有空氣強制流通裝置，該裝置包括位于電池反應腔體內部的感應器和位于空氣進出口的風機，感應器、風機之間通過電路連接，同時與單元電池電路連接。7.根據權利要求5-6任一項所述的船形電池，其特征在于:還包括在單元電池中設置的海水氣壓緩沖隔板，在尾翼上設置的海浪緩沖氣室，以及在船體頂部側面設置的與船體內部聯通的海浪產生壓力釋放口和/或對應于單元電池反應腔體上方設置的與電源電池反應腔體聯通的海浪在單元電池內部產生氣壓釋放口，共同起到平衡電池內部氣壓的作用。8.根據權利要求7所述的船形電池，其特征在于:所述船體尾翼頂部空氣進出口處還設有一個防止海水濺入裝置，以阻止海水由空氣進出口濺入氣室。9.一種以權利要求5-8任一項所述船形電池為基礎所制造的船，其特征在于:所述船體上設有以下裝置中的一種或幾種:用于為船體提供航行動力的動力裝置、位于船體尾翼頂端的用于與通信系統連接收發電磁波的天線、用于實現信號接收與傳遞的信號收發室、用于維持船體自身平衡的船體平衡室、用于確定位置及控制航向的GPS定位導航和方向舵室、用于防止船體受損的防碰撞設施、用于牽引物體的拖掛裝置。10.根據權利要求9所述的以權利要求5-8任一項所述船形電池為基礎所制造的船，其特征在于:所述動力裝置為電動推進器。
【文檔編號】H01M12/06GK105870546SQ201610307311
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年5月10日
【發明人】馬潤芝, 施建
【申請人】張家港謳德電池技術有限公司