专利名称：往复储电机及其制造方法
往复储电机及其制造方法
技术领域：
:本发明是一种电容量很大的电池或电容器,属于新能源范围。
二、技术背景:一切为人类服务的商品第一要求是安全，当使用者的生命安全无保障时，再好的优点也只能暂时放弃。锂电池一直是电池专家们心中的宝贝，但它有时会给人们来一次燃烧，来一次爆炸，使得人们优虑不前，难下规模生产的决心。事实也确实如此，我们还未大量投入运行，已经发现情况，一旦投入社会运行，使用人的心态、环境很难理想化，情况更糟，危险频率将会更高。电容器因为它的电荷聚集与脱离都是活性物质表面的运动，做功少，发热也少，被人认为是安全的，再加之充电快速的优点，立刻吸引了研究者的目光，其实电容器一旦短路，它的危险性比电池更大，因为它的特点就是放电迅速，目前只是少量的试验，危险的时间还未到来，我们不能掉以轻心。实际上所有储能电源，只要它的能量达到汽车所需的高能量时，都是不安全的，因为这些电池、电容都是一个充满电的能量包，一旦短路它是无阻挡，无节制，象水库决坝一样，将所有电子全部放出，这种储能形式我称之为全投入。全投入电源怕的就是短路，短路情况在电源3-5年的使用期内是无法避免的，因为它不仅是来自电池内部，还要来自行走路况，来自电源外线，引发短路发生的情况是时刻存在，处处存在的，不要奢望杜绝，只有老老实实地寻找即使短路也不燃烧或少燃烧的方法。既然我们已经知道了全投入电源的不安全，那么我就以此为突破口，寻找安全的方案。经过思考，我将电池，电容的容量减小，只要能维持十几分钟的工作就可以了，它只是一只充、放电的反应器，长时间的放电能量不在这个反应器内，而在反应器之外的电极带上。我将极带做得很长，卷起来，充满电后，负极归负极，正极归正极分开卷起来，要放电时，让它逐步进入反应器，这就叫分投入，明显不同于上述的全投入。它的电能储存状态是正负分开的，並且没有隔膜，就是短路也无法放电，没有电解隔膜怎么能放电？就是点火也烧不起来。分投入一定比全投入安全，实质上燃料电池也是分投入，内燃机也是分投入的，什么叫分投入？让能量逐步释放就叫分投入。作为交通动力必须要使用分投入方法。这是科学的，安全的，不管它多么复杂，只要它是分投入的，只要它是绿色动力，就是我们要走的道路。我的第I方案就是将电极带做得很长，将电解质的面积做得小，让一对长电极在小面积的电解质面上慢慢经过，进行充放电，来是充电，回是放电，一次充放电，极带作一次
往复运动。
该方案在我以前的专利申请已经提出。进一步的研究，我得到了重大的发现。以前的方案，为了把移动的极带上的电子传出来，必须要做一块起电动机电刷作用的传导板，将电极上的电子引下来，传出去。在对这块传导板的传导效率进行研究时，发现它是可以省略的，集流体也是可以省略的，隔膜(电解质)也是可以省略的，外壳也是可以省略的，一切都可以抛弃的，只要电极活性物质粉末。由是我提出了面目全非的汽车新能源一一往复储电机。我们用新能源，电池，电容器三个名词捡索2008年以来的中国专利，未发现相同内容，在“电源技术”杂志上也未看到相同报导。
三、发明内容:本发明的目的是要提供一种往复储电机及其制造方法，以获得更大的重量比容量，更小的体积，更高的安全性。本发明是这样实现的，它由储料筒和电化学反应器两部份组成。将正负电极的活性物质与电解液、导电剂混和，称之为极浆。请看图1，这是本发明的电化学反应器，充电时，先将正负集流极(7) (I)接通外电源，令正负极浆(4) (2)在电化学反应道(6) (5)中缓慢通过，这时，因为外源在正负集流极上产生电势差，产生电性质的推拉作用，使得极浆内产生电化学反应，即正负活性物都得到了多余的电荷，这就是充电。因为极浆在继续向下运动，那些充满电的极浆，即吸满了多余电荷的活性物粒，随极衆逐渐流出电化学反应道，停止电化学反应，正极衆进入正极储料筒，负极浆进入负极储料筒，将电能储存起来。放电时，使储料筒中的极浆回行，在原来的电化学反应道返回，这时外电负载已接通，负极活性物粒上多余的电荷，经过活性物粒和导电粒子相互接触，传导到负集流极(I)上输出，给外线路做功。本发明就是如此实现的。本发明的第一优点就是安全，因为它是分投入的，它的正负极电能分开储存在正负储料筒内，远离电化学反应的必须物一隔膜，它是各种电池，电容器中最安全的结构。当本发明应用于电容器时，它快速充电的优点，依然保持，用户原意花十几分钟在途中补充加电，增加买车信心。同时，它的放电也适用于汽车用电大电流多变的特性。第三，因为本发明将活性物粒子直接与电解液粒子混和接触，比表面积明显提高，产电效率也随之提高，再加上本发明抛弃了许多元件，重量大幅下降，所以本发明的重量比能量大幅提闻。第四，本发明只在电化学反应器中有一点集流体，隔膜，外壳，其他的只有活性物质存于储料筒内。电源能量的增加主要是增加活性物质，电化学反应器只有很小增加，所以本发明的体积明显减小。电容量越大,体积越小。第五，因为元件减少，材料和制作费都省略了，成本大大下降。第六是在无电地区，或有电却难以充电的时候，可用备料筒加入极浆充电，而且备料筒很安全，可在一般的便利店出售，很方便，能适应充电站逐步发展的过渡期，这是电动车发展模式中的一个相当有效的方案，因为汽车电池成功的一半因素在于充电的方便。四
:图1是电化学反应器示意2是电胃式反应器结构简3是电磨式反应器结构简4是集流极通道简5是往复储电机结构示意6是风冷结构简中的数字注解为:1_负集流极，2-负极浆，3-隔膜(隔板)4-正极浆，5-负电化学反应道，6-正电化学反应道，7-正集流极，8-双腔轴，9-备料接入口，10-正极浆储料筒，11-上筒，12-极浆管道，13-电化学反应器，14-负极浆储料筒，15-活塞，16-下筒，17-停止阀。五、具体实施方法:本发明唯一的缺点是，极浆中碳粒的电子传导可能不太理想，会影响到电池电流。为此，一定要拿出解决方案，因为它有那么多的优点，不能因此而放弃。提高极浆的电子传导率，首先可在极浆里加入导电粒子，其次有三个方案，一是按图2所示，将正、负集流极(7) (I)做成可上下运动(或左右运动)，将正、负集流极的上下边做成斧子刀口形，利于极浆的进出，隔膜是固定的，这样可使得极浆在反应道经过时，同时受到集流极(X) (I)的磨动，使碳粒、导电粒增加接触机会，每次接触都会把电子传导出去。我把这一方案叫做“电胃”。二是按图3所示，图中(7)是正集流极，(I)是负集流极，正负集流极都固定在轴上，随轴慢慢地转动。隔板(3)是固定的。轴(8)是空心的管子，管中有轴向隔板分为二个通道，一个进出正极浆，另一个进出负极浆。正负极浆分别进入正负电化学反应道(5) (6)。这个方案称为“电磨”，正负集流极与隔板组成一对定动磨盘，隔膜或者集流极的正反面有凹陷的磨盘纹路，集流极转动时极浆在磨盘中作电化学反应，反应完了随磨盘四周流出。经过磨盘处理，碳粒上的电子传导机会会明显增加。上述两个方案都要另外提供运行动力，但它们的行程很小只有5-7_，转速很慢，每秒约1.5_，所以耗功很小，可以用预先充气的动力带动，即使使用本发明产生的电功也是完全可以的，就象内燃机上的机油泵、水泵、风扇都是用自身的动力带动的。上述两个方案，可能对碳粒、导电粒子的磨合过于厉害了，那么可以采用简单有效的弯道方案。请看图4，这是一块正或负集流极，所见的是一面的极浆通道，这些通道是弯曲的，使得极浆流动时受到扰动，增加极浆中电子的传导机会。集流极的双面都有这种弯曲通道。上面的问题解决后，还必须处理好下面的问题。否则，会前功尽弃的，不要怕复杂，能够投入商业运行的电动汽车，一定不是简单的结构。为了快速充电，必须简便，必须不用操作阀门。其做法是，将放过电的无电浆直接返行到反应道中充电，充好电的电浆又直接返回到反应道放电。这是本发明工作时的主体运动方式，所以本发明称为往复储电机。如果不采用往复式的浆液行动方式，而用单向的，那是非常麻烦的，要有6只阀门操作。汽车回家后，储料筒里的极浆未用完，恐怕明天不够用而充点电是常有的事，而用单向流动操作起来是很烦的，只有采用往复式极浆循环才能体现充电的方便快速。图5是往复储电机示意图，本发明除了上面所说的操作快捷方便外，还有一个很大的优点是可以减少一倍的体积。本发明的体积主要表现在储料筒(10)上，一辆小轿车上要带150KG的浆料，估计有近2只液化气瓶大的储料筒才能装下。工作时，还得有存放放完电的无电浆筒，其体积与储料筒大小相等，这样又要增加2只液化气瓶的体积。为了减小体积，本系统在储料筒(10)中设置一个活塞(15)，活塞上部为上筒
(11)，下部为下筒(16)，活塞由机械传动可在储料筒中上下运动，为了减小体积，本系统不另设无电浆存放筒，而是将无电浆输入上筒。因为活塞下行时下筒极浆压入反应道，上筒变成空的，我们就利用它存放放完电的无电浆。当放电完毕时，活塞到底时，无电浆也充满了上筒，然后活塞上行，无电浆进入反应道，开始充电。活塞到顶，充电完毕，充好电的极浆也充满了下筒，又可被活塞下行回压入反应道放电。这样做既可省去一倍体积的无电浆筒，又可做到整个系统密封运动，没有空气杂质进入。该系统称为往复式极浆循环系统。活塞动力来源于预先充好气的气包。也可采用电池本身的电源，估计耗功200W左右，对汽车电力来讲影响不大。这种往复循环系统的特征是:储料筒中间有一活塞分隔，形成容积可变的上筒和下筒(或左筒和右筒)，上筒有管道与电化学反应道的上方出入口连通，并有一个备料接入口。下筒也有管道与电化学反应道的下方出入口连通，并有一个备料接入口。正、负极浆各自分开单独循环。一次充、放电过程，活塞作一次往复运动。本发明具体实施时，集流极(7) (I)要做出一大一小两块，或一大二小三块，相互绝缘，并且放电时极浆进入反应道时先经过小的集流极，后经过大的集流极。小集流极有一电阻与大集流极导通。这样做的优点是可以阻挡大电流放电，阻挡短路故障时还未接触集流极的电子跟风而来引起发热，起到电流缓冲作用。本发明要能理想地工作，还要能调节极浆的流量，配合充电快速完成。需要时，也可配合大电流放电而加大流量。调节操作可以用常规的气动、机械的调速方法。为使本发明可靠工作，还应对集流极进行冷却。见图2，在集流极上开设冷却水道。或如图6所示，紧贴集流极加设散热块，进行风冷散热。根据情况需要而行，一般的只需对极浆冷却。简单的极浆冷却是在储料筒周围加装散热片。对于需要传导离子的隔膜，它的冷却必须在固体隔膜上开冷却通道，并用电解液在冷却通道中通过。本发明中的备料筒也是专门设计的，它的结构与储料筒一样，筒的中间有一个活塞，将备料筒分成容积可变的上筒和下筒。上下筒各有一个连通口。加备料时应将图5中的停止阀(17)关闭，切断电化学反应循环。
权利要求
1.一种往复储电机及其制造方法，由集流极、活性物质、电解液、隔膜组成，完成充电和放电，其特征在于:将活性物质与电解液、导电剂混和成极浆，充电时，极浆从电化学反应器中的电化学反应道向下(或向上)运动，放电时，极浆从电化学反应道原道返回，一次充、放电过程，极浆要作一次往复运动。
2.根据权利要求1所述的往复储电机及其制作方法，其特征在于:电化学反应器的中间是隔膜，隔膜的左右是电化学反应道，二者相互绝缘，电化学反应道的左右外侧是集流极。
3.根据权利要求1所述的往复储电机及其制造方法，其特征在于:储料筒中间有一活塞分隔，形成容积可变的上筒和下筒(或左筒和右筒)，上筒有管道与电化学反应道上面的进出口连通，并有一个备料接入口，下筒有管道与电化学反应道下面的进出口连通，并有一个备料接入口，并且正、负极浆各自分开单独循环。
4.根据权利要求1所述的往复储电机及其制造方法，其特征在于:充电和放电时的极浆流量不同，大电流放电时极浆流量可以放大。
5.根据权利要求1所述的往复储电机及其制造方法，其特征在于:当隔膜具有电解质作用时，并需要冷却时，应采用电解液在隔膜的冷却通道中通过给予冷却。
6.根据权利要求1所述的往复储电机及其制造方法，其特征在于:将集流极紧贴在一块有散热片的金属上，进行风冷却。
7.根据权利要求1所述的往复储电机及其制造方法，其特征在于:储料筒的周围设散热片。
8.根据权利要求1所述的往复储电机及其制造方法，其特征在于:备料筒中有一活塞，将备料筒分为容积可变的上筒和下筒，上、下筒各有一个对外的连通口。
9.根据权利要求1所述的往复储电机及其制造方法，其特征在于:正、负极浆的储料筒，与电化学反应器的连接间各有一只停止阀。
10.根据权利要求1所述的往复储电机及其制造方法，其特征在于:在集流极的厚度内开设冷却通道，进行水冷却。
11.根据权利要求1所述的电化学反应器，其特征在于:正、负集流极固定在双腔轴上，可以转动，隔膜固定，隔膜和正、负集流极的正、反面都有凹陷的磨盘纹路。
12.根据权利要求11所述的双腔轴，其特征在于:一根空心的圆管，内腔有轴向分隔板，分为两腔，一腔进出正极浆、另一腔进出负极浆。
13.根据权利要求1中所述的电化学反应器，其特征在于:正、负集流极可以上下(或左右)运动，隔膜不动，正、负集流极的上下边做成斧口形状。
14.根据权利要求1所述的电化学反应器，其特征在于:正、负集流极的正、反面都有让极浆流通的“S”形通道。
15.根据权利要求1所述的电化学反应器，其特征在于:集流极由一大一小二块，或一大二小三块组成，相互绝缘，放电时极浆先经过小的集流极，再经过大的集流极，每块小的集流极各有电阻与大的集流极导通。
全文摘要
一种往复储电机及其制造方法，属于汽车新能源。以往电池、电容器的电极、电解液、隔膜都是固定在一起的，本发明将电极上的活性物质与电解液、导电剂混和，在电化学反应器中作往复运动，完成充放电。它的安全性和重量比能量都明显提高，理论电容量无上限。可在交通上替代燃料电池。当充电环境不完善时可加极浆充电，利于逐步推广发展。
文档编号H01G9/035GK103178304SQ20111046259
公开日2013年6月26日 申请日期2011年12月25日 优先权日2011年12月25日
发明者胡小华 申请人:胡小华, 朱向荣, 胡瑞阳