一种基于水力旋流作用的铝空气电池电解液循环系统的制作方法

本发明涉及一种铝空气电池电解液循环系统，尤其涉及一种基于水力旋流作用的铝空气电池电解液循环系统。

背景技术：

铝空气燃料电池是以空气中的氧气作为正极活性物质，以具有高能量密度的高纯铝或铝合金作为电池负极，以KOH、NaOH作为电解液，从而将金属铝中蕴藏的大量化学能转变成为电能。与现行其它化学电源相比，铝空气电池具有以下独特的优势：一是比能量高，其比能量理论上可高达8718 Wh／kg，目前实际可达到300～400 Wh／kg，远高于其他各种电池。二是铝空气电池具有非常稳定的放电电压和较高的瞬时输出功率。

影响铝空气电池使用的关键问题之一是电解液反应产物的处理，同时放电过程中铝电极在强碱溶液中会发生自腐蚀反应，其成流反应和腐蚀反应的产物均为铝酸盐，在一定条件下铝酸盐会生成氢氧化铝和氧化铝晶粒，在电解液中不易直接滤除。电解液中铝的腐蚀产物含量过高会引起铝阳极钝化、空气电极毒化，导致铝空气电池电压下降，并且Al（OH）₃在电解液中蓄积越多会导致电解液变粘稠，不利于反应产物扩散，降低铝空气电池的比容量。

目前国内关于铝空气电池电解液中反应产物的处理与分离报道极少，已有的设计也存在过滤系统能耗高、成本高、体积大、氢氧化铝和氧化铝颗粒无法回收利用等问题。

技术实现要素：

为了解决铝空气电池在电解液循环过程中反应产物的分离与回收问题，本发明提供了一种基于水力旋流作用的铝空气电池电解液循环系统。该系统设计结构简单、能耗少、维修方便，极大地减少了铝空气电池组电解液用量，铝空气电池组反应过程中产生的氧化铝、氢氧化铝等沉淀物经旋流器后可有效地收集在沉淀收集箱，保证电池运行过程中电解液的稳定。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于水力旋流作用的铝空气电池电解液循环系统，包括铝空气电池组、电解液储液桶、隔膜泵和沉淀收集装置，其中：

所述电解液储液桶的上部设有出液口，底部设有排污阀，出液口经管道与隔膜泵的入口相连；

所述沉淀收集装置由旋流器和沉淀收集箱构成，旋流器进液口经液体加速管与隔膜泵的出口相连，旋流器顶部出液口经管道与铝空气电池组进液口相连，铝空气电池组出液口经管道与电解液储液桶相连，旋流器底部出液口经旋流器底流管与沉淀收集箱相连；沉淀收集箱的上部设有出液口，底部设有排污阀，出液口经支路与电解液储液桶和隔膜泵之间的管道相连，支路上设有单向阀和管路阀门。

本发明具有如下优点：

1、结构简单、能耗少、体积小、成本低、维修方便。

2、旋流器底部出液口下接沉淀收集箱，可有效地收集铝空气电池放电过程中产生的晶粒：铝空气电池在反应过程中产生的晶粒经旋流器从旋流器底部出液口处流入沉淀收集箱，澄清电解液在旋流器内旋流的作用下从旋流器顶部出液口流出。

3、沉淀收集箱出液口与隔膜泵与电解液储液桶出液口之间管道连接的支路解决了沉淀收集箱内部压强过高从而导致旋流器底部液体不易流出的问题，并且在隔膜泵的作用下使沉淀收集箱内部的澄清电解液旋流器内部形成内循环通道，提高了晶粒的收集能力和电解液的散热效果。

4、单向阀能确保液体流动方向为沉淀收集箱流向隔膜泵，管路阀门可以控制支路中液体的流速。

5、沉淀收集箱内的旋流器底流管所处位置低于沉淀收集箱的支路口，可有效地防止从旋流器底流管流入沉淀收集箱的颗粒从沉淀收集箱上部的出液口流出。

附图说明

图1为本发明基于水力旋流作用的铝空气电池电解液循环系统的结构示意图，图中：1-电解液储液桶、2-隔膜泵、3-旋流器、4-水压控制阀、5-沉淀收集箱、6-沉淀收集箱出液口、7-单向阀、8-管路阀门、9-铝空气电池组。

图2为旋流器工作原理图，图中：10-旋流器进液口、11-旋流器顶部出液口、12-旋流器底部出液口。

图3为沉淀收集装置在1L溶液中收集30g氢氧化铝晶粒的收集能力曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

如图1所示，本发明的基于水力旋流作用的铝空气电池电解液循环系统由铝空气电池组9、电解液储液桶1、隔膜泵2和沉淀收集装置构成，其中：

所述电解液储液桶1的上部设有出液口，底部设有排污阀，出液口经管道与隔膜泵2的入口相连；

所述沉淀收集装置由旋流器3和沉淀收集箱5构成，旋流器进液口10经液体加速管与隔膜泵2的出口相连，旋流器顶部出液口11经管道与铝空气电池组9的进液口相连，铝空气电池组9的出液口经管道与电解液储液桶1相连，旋流器底部出液口12与旋流器底流管相连，沉淀收集箱5通过旋流器底流管连接到旋流器3的下方；沉淀收集箱5的上部设有沉淀收集箱出液口6，底部设有排污阀，沉淀收集箱出液口6经支路与电解液储液桶1和隔膜泵2之间的管道相连，支路上设有单向阀7和管路阀门8。

本发明中，所述电解液储液桶1的材质采用聚丙烯或聚四氟乙烯。

本发明中，所述电解液储液桶1的底部设计为锥形。

本发明中，所述电解液储液桶1处于旋流器2上方。

本发明中，所述单向阀7的液体流动方向为沉淀收集箱5流向隔膜泵2。

本发明中，所述沉淀收集箱5的底部设为锥形。

本发明中，所述旋流器底流管的出液口低于沉淀收集箱出液口6。

本发明中，所述旋流器底流管上设有水压控制阀4。

本发明的铝空气电池电解液循环过滤系统的工作流程如下：

将电解液储存在电解液储液桶1中，铝空气电池组9中反应产生的氢氧化铝和氧化铝晶粒首先进入电解液储液桶1中进行沉降，电解液储液桶1中的清液在隔膜泵2的作用下从电解液储液桶上部出液口流出，通过液体加速管输送至旋流器进液口10，如图2所示，电解液中的晶粒在旋流器内外旋流的作用下经旋流器底流管流入沉淀收集箱5，氢氧化铝和氧化铝晶粒在沉淀收集箱5内收集，清澈电解液在内旋流的作用下通过旋流器顶部出液口11流出，流入铝空气电池组9。铝空气电池组9工作结束后，将支路处的管路阀门8关闭，沉淀收集箱5沉降下来的氢氧化铝和氧化铝晶粒通过沉淀收集箱5底部的排污口排出，排出的氢氧化铝和氧化铝晶粒可再回收利用。

图3为按图1所述的工作方式的铝空气电池电解液循环系统处理电解液中Al(OH)₃颗粒的能力曲线，系统运行前电解液储液桶1内放入待处理溶液，待处理溶液为1L电解液中加入30g/L的Al(OH)₃；通过调节隔膜泵2的转速，改变旋流器进液口10的流量，测试铝空气电池电解液循环系统收集Al(OH)₃颗粒的能力。如图3所示，铝空气电池电解液循环系统收集Al(OH)₃颗粒的能力随旋流器进液口10流量增加而增强，旋流器进液口10流量为0.5L/min时，所述系统运行30min，可收集Al(OH)₃颗粒22.0g，收集率为73.3%，旋流器进液口10流量为1.5L/min时，所述系统运行30min，可收集Al(OH)₃颗粒23.3g，收集率为77.7%。随系统运行时间增加，Al(OH)₃颗粒收集率进一步提高，旋流器进液口10流量为1.5L/min情况下，系统运行30min，可收集Al(OH)₃颗粒27.8g，收集率为92.7%。