专利名称：水中溶氧电池的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种利用水中的溶氧作为电池的阴极去极化剂的海水电池。本电池主要用于工作在海水或其它含盐水域中的电子设备的电源。如航标灯、水文气象浮标、及水下的电子设备如水下探测器、水下通信电缆及光缆的增音站等设备。
任何电池都是由阴极、阳极和电解质组成。电池在工作时阴极析出氢气而出现极化现象使电池电位降低，解决的方法是在阴极中加入去极化剂使其和氢发生反应而达到去极化的效果，常称为阴极活性物质。常用的去极化剂有二氧化锰、氯化银、氧化银等。也可以用空气中的氧通过催化剂和氢发生反应达到去极化的效果，这就是空气电池的基本原理。其优点是电池的阴极活性物质不在电池内，使电池的成本和体积降低，储存时间延长。用空气中的氧作电池的阴极活性物质，以海水作为电池的电解质的海水电池的有关文献有美国专利U.S4129684和中国专利CN106554A的金属-空气-海水组合电源等。金属-空气-海水组合电源的原理是电池的阴极与一与海水接触的空腔作成一体，空气极板安装在空腔与海水接触的部分上，空腔的上部与大气相连。空气中的氧通过空腔上部的防水透气膜到达空腔下部的阴极板，并透过阴极板在催化剂的作用下与附在阴极板上的氢发生反应，生成水达到去极化的效果。该电池是以海水作电解质，空气中的氧作去极化剂，以铝合金、镁、锌等金属作阳极。电池采用单节方式供电由电子升压电路将电压升到所需要的数值。
美国专利U.S4129684所描述的海水电池组与前述金属-空气-海水组合电源原理基本相同，不同的是电池是以串联的方式连接以达到用电器所需要的电压，每格电池相互隔离，用导管给每节电池通海水以尽量减少电池通过海水极间漏电，电池组上部有防水透气层，使空气中的氧可以进入阴极腔而到达电池的阴极而海水则无法进入。
以上电池在使用中存在以下缺点(1)防水的工艺比较复杂，由于阴极板要求即要防水又要透气，并且要在水中长期工作而不失效，因此阴极板的制作工艺比较复杂，安装阴极板的空腔防水和透气的工艺也比较复杂。
(2)由于海浪的冲击力量比较大，对电池极板和电池的结构强度要求比较高。
(3)由于该电池需要空气中的氧作去极化剂。所以限定了本装置一定要在水面工作，和必须有透气孔使电池的阴极与大气连通，使其工作范围受到限制。
本实用新型的任务是提供一种装置使电池能够吸收水中的溶氧作为电池的去极化剂，使电池不依赖空气中的氧气而是利用水中的溶氧就能达到去极化的目的。
根据我们的研究试验和测量及文献记载，在海水及湖泊、河流中的水里含有约0.3～0.5％的溶解氧，这些氧使水中的生物得以生存。如鱼类靠鳃呼吸是靠吸入水通过其多层结构的鳃片，每片鳃片上有无数鞭毛使鳃片与水有巨大的接触面积，水中的溶氧吸附在其表面上。氧通过毛细血管氧化血液中的铁完成氧交换再通过血液将氧带到全身，使鱼类可以长期在水下生存。
根据以上思路我们仿照鱼鳃的结构制造一种可以大面积与海水接触并吸附海水中的溶氧的″人工鳃″的可导电装置并以此作为电池的阴极，氧作为阴极的去极化剂通过海水作电解质，与金属阳极反应，源源不断地产生电流，通过导线输出给用电装置。
如铝或镁与水中的溶氧发生反应的反应方程式如下
为此我们需要设计某种装置使其在海水中1、要有尽量大的电位差。
2、有足够大的表面积可以吸附水中的氧，以达到去极化的目的。
3、所用材料应是导体可输出电池产生的电流。
4、所用材料要耐海水腐蚀。
5、要有一定强度。
6、价格上要能接受。
通过研究我们认为银、铜、不锈钢、碳纤维网可满足以上要求，只要把它们加工成网状使其在满足一定强度的条件下其表面积尽量大，它们的表面积越大吸附的氧的能力越强。
为了达到上述目的本实用新型采用如入下方案(1)采用面积为阳极5～50倍的金属网或碳纤维网作电池的阴极。采用层叠安放的方法，使其与水有尽量大的接触面积。
(2)在结构设计上采用方便海水流过阴极网的结构，使含有溶氧的水在单位时间内与阴极网接触的流量增加。
(3)在阴极网的表面载有有效的催化剂。以减少极化电压。
(4)在结构上和配方上解决由于浮游生物附着，使电源效能降低的问题。
以下结合附图对本实用新型作进一步说明，如
图1所示，(1)金属阳极 (2)网状阴极 (3)外壳(4)阳极绝缘格(5)负极引出端(6)正极引出端(7)海水电池 (8)海水电解质水从外壳(3)的孔不断与电池内部的水交流，水中的溶解氧不断吸附在网状阴极(2)上。溶解氧通过海水电解质(8)不断与金属阳极(1)反应产生电流并由正极(6)、负极(5)引出端输出电流。其中金属阳极可以用铝、镁、锌及其合金。网状阴极可以用银、铜、不锈钢、碳纤维网或毡。为了获得足够的与海水接触的表面积，网状电极重叠放置，层数约有5～30层。外壳可以用铜、不锈钢、玻璃钢作成，外壳上开有许多孔以便于水的流通。阳极绝缘格由绝缘材料作成如塑料、胶木等，其作用是固定阳极板，和防止阴极与阳极相碰造成短路。为了减少极化网状阴极上附有少量的催化剂，催化剂可以用铂、钯、银、二氧化锰、活性碳等。为了解决浮游生物附着，外壳上涂有防污漆。
由于上述方案中采用了大面积的网状阴极吸收水中的溶氧使电池不再依赖空气中的氧气作去极化剂，使电池可以在水下工作，并且简化了电池的结构和增加了电池的强度，使电池更具实用性。由于利用海水作电解质，水中的溶氧作阴极活性物质。这两种材料在自然界取之不尽，基本不需成本，电池内部只有阳极活性物质如铝、镁、锌、及其合金，这样进一步降低了电池的成本。所以本电池与目前广泛使用的阴极、阳极、电解质都在电池内部的电池相比有很高的比能量和价格比。由于电池的阴极活性物质和电解质不在电池内不存在阴极活性物质和电解质的自然损耗和失效等问题，所以本电池可长期干储存。
由于水中溶氧电池不取空气中的氧而是水中的溶氧，所以本电池可以长期地在水下工作，不受气象白昼的影响。电源加上DC-DC升压电路以后可以给蓄电池长期充电。这对于长期在海面和水下工作的用电设备，如航标灯、无线电示位标、气象浮标等，水下工作的设备，如通信电缆和光缆的增音站、水下探测器等具有很大的实用价值。
实施例(1)如图1所示为可以连续工作一年输出电流2A的水中溶氧电池的示意图其中(1)为铝阳极，工作电流设计为1mA/cm2重约14kg尺寸约为500×300×40mm。(2)为表面有钯催化剂的铜网，铜网与阳极板平行共28层每面14层，每层间隔10mm，铜网面积为6m2，表面积约15m2。铜网的电流密度约300MA/m2。电池外壳(3)由2mm厚冲孔铜板制成。海水由孔流进流出把新鲜的氧气带给阴极铜网。电池的外壳上涂有防止浮游生物附着的油漆。本电池可以以1.5～2A的电流连续工作一年。
权利要求1.一种利用水中溶氧作为电池的去极化剂的电池，其结构由金属阳极(1)、网状阴极(2)、外壳(3)、绝缘格(4)、正极引出线(6)、负极引出线(5)、海水电解质(8)组成，其特征在于本电池的阴极(2)是由附有催化剂的金属或碳纤维网作成，绝缘格(4)使阴极和阳极相互隔离，正极和负极引出线(6)(5)从阴极(2)和阳极(1)引出与用电器相连接。
2.根据权利要求1.所述水中溶氧电池其特征在于海水电解质(8)为含盐份的海水、湖水、或河水。
3.根据权利要求1.所述水中溶氧电池其特征在于金属阳极(1)为铝、镁、锌及其合金。
4.根据权利要求1.所述水中溶氧电池其特征在于网状阴极(2)的面积是阳极的5～50倍，材料为银、铜、不锈钢网或炭纤维网或毡。
5.根据权利要求4.所述水中溶氧电池其特征在于网状阴极上附有催化剂名称为铂、钯、银、二氧化锰等元素。
专利摘要本实用新型提供一种利用水中的溶解氧作为电池的去极化剂的海水电池。该电池的特点是以海水作电解质，用大面积的网状金属或其它导电材料作电池的阴极，阴极吸附水中的溶解氧作为电池的阴极去极化剂，用铝、镁、锌及其合金作电池的阳极。本电池的特点是电池内部不用储备阴极活性物质和电解质，能够长期储存、在水下可以长期工作等，是在海水及其它含盐水域中工作的电子设备的理想电源。
文档编号H01M6/34GK2255666SQ9521225
公开日1997年6月4日 申请日期1995年5月16日 优先权日1995年5月16日
发明者朱兆欣 申请人:朱兆欣, 高宏伟