专利名称：呼吸式燃料电池装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及用于演示和研究呼吸式气体电极燃料电池工作原理的装置。
背景技术：
燃料电池作为一种清洁能源，可广泛应用于交通、军事、航天等领域。提高燃料电池单位输出功率是实现燃料电池商用的重要途径。本发明人的专利申请号为00104247.5的“呼吸式气体电极”介绍了一种以气、液驱替方式提高电极效率，从而提高燃料电池输出功率的方法。采用这种呼吸式气体电极具体实现组成呼吸式燃料电池的工作还未见公开报道。
发明内容
本实用新型提供一种用于演示和研究呼吸式燃料电池工作原理的装置。
这种呼吸式燃料电池装置，其特征在于在采用不导电材料制作的正极外壳7和负极外壳10内分别装填正极物质8和负极物质11，用导电的金属线分别插入正极外壳7内和负极外壳10内的正极物质8和负极物质11内作为正极引出导线6和负极引出导线12；使正极物质8在上，负极物质11在下，将采用耐碱绝缘材料制作的隔膜9置于正极物质8和负极物质11之间，将正极外壳7和负极外壳10对接好后其外部用胶或胶带封固，用试管夹3夹住正极外壳7或负极外壳10并固定在铁架台1上；电解液容器5用试管夹2固定在铁架台1上，用橡皮管4将负极外壳10和电解液容器5的下端相连通。
使用该装置进行演示和研究工作时，往电解液容器5内注入电解液，电解液通过橡皮管4经负极外壳10进入正极外壳7内，当电解液接触到正极物质8时，在正极引出导线6和负极引出导线12之间就会有电流、电压输出；通过调节电解液容器5与正、负极外壳之间的相对高度差，可以使气液界面13在正极物质8内上升或下降。
向上移动电解液容器5，使得电解液容器5内的电解液液面14高于正、负极外壳内的气液界面13，电解液容器5内的电解液将通过橡皮管4、负极物质11、隔膜9到达正极物质8；正极物质8内的气液界面13上升，将正极物质8内的空气驱走，这一过程为液驱气(称之为呼)；在这一过程中电解液为连续相，正极物质8内的多孔骨架上残留部分气体参与电化学反应。
向下移动电解液容器5，使得电解液液面14低于正、负极外壳内的气液界面13，正极物质8内的电解液流回至电解液容器5内，同时空气进入正极物质8内，这一过程为气驱液(称之为吸)；在这一过程中，空气为连续相，为正极物质8补充新鲜的空气，促进电化学反应的进行。
本实用新型呼吸式燃料电池装置，通过上下移动调节电解液容器5与正、负极外壳之间的相对高度，即可演示和研究呼吸式气体电极的工作状况和呼吸式燃料电池的工作效果。可用于呼吸式燃料电池工作原理、工作状况和工作效果的解说、说明或教学演示；也可用于研究、评价正负极物质在呼吸式燃料电池内的使用效果。
图1为本实用新型呼吸式燃料电池装置示意图；图2为实施例1中利用塑料注射器针桶制作的正极或负极外壳示意图。
具体实施方式
以下结合附图说明本实用新型的实施例。
实施例1取两个塑料注射器针桶15分别作为正极外壳7或负极外壳10；将活性炭作为正极物质8，锌粒作为负极物质11，分别将它们装填入正极外壳7或负极外壳10内；分别用两根直径2-3毫米的粗铜丝18分别插入正极外壳7内的正极物质8活性炭内和负极外壳10内的负极物质锌粒内，作为电极引出导线6和12，插入处用密封胶封死；将正极外壳7和负极外壳10的底端(即塑料注射器针桶的底端16)涂上胶水，中间放置采用尼龙布或石棉制作的隔膜9后对接，等胶水固化后用试管夹3夹住正极外壳7或负极外壳10并固定在铁架台1上；橡皮管4套在作为负极外壳10的针乳头17上；再取一个注射器针桶，用试管夹2夹在铁架台1上作为电解液容器5，将电解液容器5的针乳头与橡皮管4的另一头相连；最后将正极引出导线6和负极引出导线12分别和负载、电流表、电压表连接，呼吸式燃料电池装置即组装完毕。
向电解液容器5内注入40％KOH溶液，使其经橡皮管4、负极物质11(锌粒)到达正极物质8(活性碳)处，电解液容器5内保留一半左右的电解液为宜。
向上移电解液容器5，使得电解液容器5内的电解液液面14高于正、负极外壳内的气液界面13，电解液容器5内的电解液即通过橡皮管4、负极物质11(锌粒)、隔膜9到达正极物质8(活性碳)内；正极物质8内的气液界面13上升，将正极物质8内的空气驱走，这一过程为液驱气(称之为呼)；在这一过程中电解液为连续相，正极物质8内的多孔骨架上残留部分气体参与电化学反应。
向下移动电解液容器5，使得电解液容器5内的电解液液面14低于正、负极外壳内的气液界面13，正极物质8内的电解液流回至电解液容器5内，同时空气进入正极物质8内，这一过程为气驱液(称之为吸)；在这一过程中，空气为连续相，为正极物质8补充新鲜的空气，促进电化学反应的进行。
当正极物质8被电解液浸润后，在正极引出导线6和负极引出导线12之间连接负载为30欧姆时，可测得负载两端的电压约为0.65伏特，通过负载的电流约为15毫安；连续加载半小时后，输出即减至0.1伏特和2毫安。
若每隔5至10分钟上、下移动一次电解液容器5的位置，完成一次呼吸，输出可以长时间保持在0.65伏特和15毫安。考虑到环境空气中二氧化碳对电解液的毒害，更换注入一次电解液该装置可以连续演示一周时间。
若呼吸间隔较长，如10至20分钟一次，由于输出电压和电流衰减较大，可明显观察到气驱液和液驱气单个过程中，电池输出由衰减值恢复至0.65伏特和15毫安。
若更换不同种类和特性的正负极物质和电解液，可以得到不同的电流电压输出。
权利要求1.一种呼吸式燃料电池装置，其特征在于在采用不导电材料制作的正极外壳(7)和负极外壳(10)内分别装填正极物质(8)和负极物质(11)，用导线分别插入正极物质(8)和负极物质(11)内作为正极引出导线(6)和负极引出导线(12)；使正极物质(8)在上，负极物质(11)在下，将采用耐碱绝缘材料制作的隔膜(9)置于正极物质(8)和负极物质(11)之间，将正极外壳(7)和负极外壳(10)对接好后其外部用胶或胶带封固，用试管夹(3)夹住正、负极外壳并固定在铁架台(1)上；电解液容器(5)用试管夹(2)固定在铁架台(1)上；用橡皮管(4)将负极外壳(10)和电解液容器(5)的下端相连通。
专利摘要本实用新型呼吸式燃料电池装置，特征是在采用不导电材料制作的正极外壳和负极外壳内分别装填正极物质和负极物质，用导线分别插入正、负极外壳内的正、负极物质内，作为正、负极引出线；使正极物质在上，负极物质在下，将采用耐碱绝缘材料制作的隔膜置于正、负极物质之间，将正、负极外壳对接处外部封固，用橡皮管将负极外壳和电解液容器的下端相连通；往电解液容器内注入电解液，至电解液接触到正极物质时，接在正、负极之间的负载上就会有电流、电压输出；通过调节电解液容器与正、负极外壳之间的相对高度差，使气液界面在正极物质内升降，即可演示和研究呼吸式气体电极和呼吸式燃料电池的工作原理、工作状况和效果。
文档编号G09B23/00GK2562382SQ02220320
公开日2003年7月23日 申请日期2002年4月27日 优先权日2002年4月27日
发明者徐献芝, 赵雅 申请人:中国科学技术大学