专利名称：改性铝、镁合金燃料电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及燃料电池，特别是涉及一种高效改性铝、镁合金燃料电池。
背景技术：
燃料电池是将化学能直接转换为电能和热能的新型电池，其与常规电池的不同之处在于，只要有燃料和氧化化剂供给，就会有持续不断的电力输出。它因能量转换效率高、无污染、启动快、电池寿命长、比功率、比能量高等优点，而在固定发电系统、现场用电源、分布式电源、空间飞行器电源及交通工具用电源方面有广阔的应用前景，如燃料电池已成为全球各主要汽车生产企业的研发重点，并已取得了长足进步。随着电子和通讯技术的飞速发展，手机、PDA、数码相机、笔记本电脑等数码产品已广泛进入人们的生活中，但目前存在的主要难题是电源问题，一块手机电池只能维持几天时间，笔记本电脑的电池也就几个小时，而与传统电池相比，燃料电池的能量至少要高10倍。目前燃料电池主要包括碱性燃料电池磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固态氧化次燃料电池、质子交换膜燃料电池、直接甲醇燃料电池等，不管何种燃料电池，其结构中都必然包括阳极、阴极和位于阳极和阴极之间的电解质。在已有的燃料电池中，一般采用贵金属铂金作为催化电极材料，才能使催化性能和效果提高和使阴极上氧化的还原过程具有很大的电化学极化。而使用其他金属作为催化电极，则电池的电压、效率和电池输出功率将损失40％左右。氢～氧燃料电池的催化对象是氢(H2)，而氢燃料在使用、运输、储存方面存在一定安全隐患，且催化电极在材料及使用方面价格昂贵。另一类的锌-空燃料电池，则采用锌合金为阳极，氢氧化钾(KOH)为电解质，使用时会产生严重的环境污染。
由于上述问题的存在，使得燃料电池的实际应用受到限制。
发明内容本发明旨在解决上述问题，而提供一种能产生较强的电流，导电率高，持续时间长，效率高，无污染，易于推广应用的改性铝、镁合金燃料电池。
为实现上述目的，本发明提供一种改性铝、镁合金燃料电池，该燃料电池包括金属阳极、阴极及电解液，其特征在于，所述金属阳极为改性铝、镁合金阳极，阴极为空气电极，电解液为含盐的中性电解液，所述金属阳极设置于密闭壳体内中央，两个空气电极分别设置于金属阳极的两侧，壳体内充有电解液。
金属阳极为金属板状体，它呈竖向设置于壳体内中央，其上端部由壳体内伸出。
空气电极由阳极催化电极、防水透气膜及镀银的导电铜丝网构成，其中，所述防水透气膜贴合于镀银导电铜丝网的两侧，阳极催化电极贴合于防水透气膜外侧，将空气电极与电解液隔离。
阳极催化电极是由活性炭、二氧化锰、石墨、氧化硅的混合物制成的薄膜，所述各组分的重量百分比含量为活性炭 6～14二氧化锰 52～72石墨 14～22氧化硅 4～12。
防水透气膜是由聚四氟乙烯、乳化剂、乙炔黑及碳变异材料的混合物制成的薄膜，各组分的重量百分比含量为聚四氟乙烯 50～64乳化剂 20～40.6乙炔黑 7～18碳变异材料 0.5～1.2空气电极是由阳极催化电极、防水透气膜及镀银导电铜丝网经压制和高温烧结连接为一体的柔性片状体。
空气电极装在壳体两侧板上的窗口处，空气电极与阳极的间距为3～15毫米。
电解液是浓度为3～20％的盐水。
本发明的贡献在于，它有效克服了现有燃料电池的缺陷。本发明的燃料电池的电极为改性铝、镁合金金属电极，其化学性质比铝、锌活泼得多，能产生较强的电流，持续时间长，效率高；而电解液采用的是盐水中性电解液，其制备、获取都十分容易，在使用地区能对该电池进行使用和维护，易于推广应用，且不会造成环境污染。本发明的带有催化电极的空气电极有利于吸咐空气中的氧分子，可提高导电率和燃料电池的综合性能。
本发明的燃料电池在实际使用时无需靠电网储存电能，能独立于电网运行；只要更换金属燃料电极，就能持续工作，且供电时间长；该燃料电池还能克服环境限制，可用于部队作战演习，野外作业，草原游牧，森林护卫，自然景区，停电应急，水产养殖，抗灾救灾，移动通讯，海上养殖、搜救、广告等直接供电。
图1是本发明的整体结构示意图。
图2是本发明的空气电极部件分解示意图。
具体实施方式下列实施例是对本发明的进一步解释和说明，对本发明不构成任何限制。
参阅图1，本发明的改性铝、镁合金燃料电池有一个密闭的长方形的塑料壳体4，在壳体4内装有金属阳极1、阴极2及电解液3，所述金属阳极1为改性铝、镁合金阳极，其含镁量不低于60％，该改性镁金属电极的化学性质活泼，能稳定持续地释放大量的电子。所述阴极2为空气电极，该空气电极2由阳极催化电极21、防水透气膜22及镀银的导电铜丝网23构成，其中，所述阳极催化电极21是由活性炭、二氧化锰、石墨、氧化硅的混合物制成的薄膜，本例中，将活性炭、二氧化锰、石墨、氧化硅按1∶6∶2∶1的比例(重量份)相混合，然后经辊压制成厚度为0.7mm薄膜。所述防水透气膜22是由聚四氟乙烯、乳化剂、乙炔黑及碳变异材料的混合物制成的薄膜，本例中，将聚四氟乙烯、乳化剂、乙炔黑及碳变异材料按6∶3∶1∶1比例(重量份)相混合，然后经辊压制成0.7mm薄膜。所述铜网23可由铜丝先镀上一层银，再编成网，还可以直接用铜丝编成网后，再镀上银。银的导电率比铜高，但价格昂贵，镀银层既能提高铜丝网的导电率，又可降低成本。图2示出了空气电极的具体结构，如图示，所述防水透气膜22贴合于镀银导电铜丝网23的两侧，阳极催化电极21贴合于防水透气膜22外侧，将空气电极与电解液隔离。该空气电极的制作方法是将阳极催化电极21、防水透气膜22及镀银导电铜丝网23经300吨液压机压制成型，并经300℃左右的高温烧结，形成一体化的柔性片状体。如图1，所述空气电极2可用粘接等任一种公知的方法装在壳体4两侧板上的窗口处，本例中，空气电极与金属阳极1的间距为10毫米。
如图1，在壳体4内充有电解液3，电解液3为含盐的中性电解液，本例中，电解液是浓度为10％的盐水，其制备、获取都十分容易，且不会造成环境污染。
本发明的铝、镁合金燃料电池结构如图1所示，其中，金属阳极1为改性铝、镁合金制成的金属板状体，它呈竖向设置于密闭壳体4内中央，其上端部由壳体内伸出，在伸出部分连接有接线端子。两个空气电极2分别设置于金属阳极1的两侧的壳体4前后侧板上的窗口处。
本发明的工作原理可结合图1加以说明。铝、镁合金燃料电池在工作时，由改性铝、镁合金阳极提供阳离子和电子。当镁原子进入电解液3中时，变成阳离子，并释放相应数量的电子。空气电极2吸咐空气中的氧分子，并将其转换成氧离子，一个氧分子(O2)转换成二个氧离子，氧离子透过防水透气膜22吸收四个电子，与水分子结合生成氢氧根离子(OH-1)，氢氧根离子(OH-1)与金属阳离子结合生成Mg(OH)2。当该燃料电池与负载构成回路时，其产生的电能经DC/DC控制电路输出3.2v-36V直流电压或经DC/AC交流逆变器变换为220v交流输出，经负载流入空气电极，完成化学能到电能的转换过程。
权利要求
1.一种改性铝、镁合金燃料电池，包括金属阳极(1)、阴极(2)及电解液(3)，其特征在于，所述金属阳极(1)为改性铝、镁合金阳极，阴极(2)为空气电极，电解液(3)为含盐的中性电解液，所述金属阳极(1)设置于密闭壳体(4)内中央，两个空气电极(2)分别设置于金属阳极(1)的两侧，壳体(4)内充有电解液(3)。
2.如权利要求1所述的改性铝、镁合金燃料电池，其特征在于，所述金属阳极(1)为金属板状体，它呈竖向设置于壳体(4)内中央，其上端部由壳体内伸出。
3.如权利要求1所述的改性铝、镁合金燃料电池，其特征在于，所述空气电极(2)由阳极催化电极(21)、防水透气膜(22)及镀银的导电铜丝网(23)构成，其中，所述防水透气膜(22)贴合于镀银导电铜丝网(23)的两侧，阳极催化电极(21)贴合于防水透气膜(22)外侧，将空气电极与电解液隔离。
4.如权利要求3所述的改性铝、镁合金燃料电池，其特征在于，所述阳极催化电极(21)是由活性炭、二氧化锰、石墨、氧化硅的混合物制成的薄膜，所述各组分的重量百分比含量为活性炭 6～14二氧化锰52～72石墨14～22氧化硅 4～12。
5.如权利要求3所述的改性铝、镁合金燃料电池，其特征在于，所述防水透气膜(22)是由聚四氟乙烯、乳化剂、乙炔黑及碳变异材料的混合物制成的薄膜，各组分的重量百分比含量为聚四氟乙烯 50～64乳化剂 20～40.6乙炔黑 7～18碳变异材料 0.5～1.2。
6.如权利要求3至5中任一条所述的改性铝、镁合金燃料电池，其特征在于，所述空气电极(2)是由阳极催化电极(21)、防水透气膜(22)及镀银导电铜丝网(23)经压制和高温烧结连接为一体的柔性片状体。
7.如权利要求6所述的改性铝、镁合金燃料电池，其特征在于，所述空气电极(2)装在壳体(4)两侧板上的窗口处。
8.如权利要求1所述的改性铝、镁合金燃料电池，其特征在于，所述空气电极(2)与阳极(1)的间距为3～15毫米。
9.如权利要求1所述的改性铝、镁合金燃料电池，其特征在于，所述电解液(3)是浓度为3～20％的盐水。
全文摘要
一种改性铝、镁合金燃料电池，该燃料电池的金属阳极为改性铝、镁合金阳极，阴极为空气电极，空气电极由阳极催化电极、防水透气膜及镀银的导电铜丝网构成，阳极催化电极是由活性炭、二氧化锰、石墨、氧化硅的混合物制成的薄膜；防水透气膜是由聚四氟乙烯、乳化剂、乙炔黑及碳变异材料的混合物制成的薄膜，空气电极由阳极催化电极、防水透气膜及镀银导电铜丝网经压制和高温烧结连接为一体。电解液为含盐的中性电解液，所述金属阳极设置于密闭壳体内中央，两个空气电极分别设置于金属阳极的两侧，壳体内充有电解液。本发明的燃料电池能产生较强的电流，导电率高，持续时间长，效率高，无污染，易于推广应用。
文档编号H01M4/86GK101026255SQ200710073300
公开日2007年8月29日 申请日期2007年2月8日 优先权日2007年2月8日
发明者马润芝, 施建, 石辉, 张学国 申请人:马润芝, 施建, 石辉, 张学国