[实用新型]微型电化学发电装置

说明书

本实用新型涉及电化学领域，更详细地是涉及适用于燃料电池和/或金属/空气电池教学、科研等实验的微型电化学发电装置。

至今，燃料电池仍是全世界的攻关项目，仅有很少市售产品。这些产品主要用于大功率设备使用，例如用于建立燃料电池电厂发电、用于汽车动力以减少污染物排放等等。金属/空气电池产品亦主要用于军事战地设备的电源、水下装置的电源或给二次电池充电等。一般功率都比较大。以上所述的一些产品均不能随意拆卸组装，所以无法提供教学和科研使用。

本发明的目的是提供一种专用于教学、科研实验的微型电化学发电装置，通过这种装置能够了解燃料电池和金属/空气电池的基本原理，能够了解这两类电池的基本结构，掌握使用方法和性能测试方法，并可进行化学和物理实验，可用于基础教学和学生实验。

本实用新型的微型电化学发电装置主要由电解池、阳极、气体扩散电极、气体室构成，阳极位于电解池底部，通过导线接负载一端，气体扩散电极位于气体室外表面，通过导线接负载另一端。

阳极位于电解池底部，安装时留适当空隙以利于电解池内的电解液流动。

气体扩散电极是阴极，固定在气体室外表面，空气从气体室进入扩散到气体扩散电极进行还原反应。

电解液的体积可以根据需要变化，但必需使阳极和阴极通过电解液导通。

所述负载可以是电流表或电压表或小电机、灯泡等。

上述电池可以有两组，可以是两组相同或不同的电池，以便进行燃料电池和/或金属/空气电池串、并联实验。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点：

1、本实用新型与能分拆组装、小体积多功能，适用于中学至大学教学和实验。

2、此装置结合了燃料电池和金属/空气电池的特点，可分别或同时进行燃料电池和金属/空气电池两大类电池的实验和演示。

3、此装置包含有两个电池系统时，可同时进行两个不同电池体系的实验和演示，也可进行两个相同电池的串联或并联实验和演示。

4、利用此装置还可进行温度、电解质成分、溶液pH值、电极面积、电极材料等因素对电池电流、电压输出的影响的实验和演示。亦可通过电学指标测量和计量反应物消耗数来进行电化学参数计算。

5、装置结构简单、安全可靠，可拆卸，易清洗，便于携带。

图1是本实用新型微型电化学发电装置结构示意图；

图2是由两个电池构成的微型电化学发电装置结构示意图；

图3是图1中气体扩散电极的结构示意图。

下面结合实施例和附图说明本实用新型最佳实施方案。

实施例1

如图1所示，阳极2位于电解池1的底部，安装时适当留有空隙以利于电解液3流动，阳极2通过导线与插座4连接，气体扩散电极5固定在气体室6外表面，空气从气体室6扩散到气体扩散电极5进行还原反应，气体扩散电极5通过导线与电解池1上方的插座4连接，电解液3的体积可以根据需要变化，但必需使阳极和阴极通过电解液导通。插座4用于外线路连接，可以接电流表或电压表或直接联接负载如小电机、灯泡等，构成一个电池。

如图2所示，微型电化学发电装置可以由两个图1所示的电池构成，可同时进行两个不同电池体系的实验和演示，也可进行两个相同电池的串联或并联实验和演示。

如图3所示，导电基底材料7可以是编织的或膨胀拉伸的网状金属材料，包括镍、铜、不锈钢、铂、金及性能稳定的合金，也可以是碳布、碳纸等非金属导电体；导电基底材料7两侧面是有粘结料的防水层8和8’，防水层的主要材料为碳，它可以是有足够大的比表面和导电性的各种碳粉，其中典型的粘结料为热塑型颗粒状聚合物PTFE(聚四氟乙烯)，这两层防水层允许气体通过但不允许渗水。最外层为催化剂层9和9’。催化剂的种类根据不同的要求而定。其中包括Mn、Co、Ni、Mn/Co、Pt、Pt/Ru、Pt/WO₃、Pt/Ru/WO₃、Pt/Sn、Pt/Ru/Os、Pt/Co/Ni、Pt/Ru/Os/Ir，等等。这些催化剂均匀附着在高比表面的活性碳粉上，加粘结料在适当的热处理条件下成型。这类催化剂亦可用于燃料电池的阳极催化剂来氧化氢和各种燃料。

实施例2

按图1安装好一个单电池，阳极为0.25mm厚的铝薄片，阴极为含锰钴二元催化剂的气体扩散电极。加入约40ml 3％氯化钠溶液阳极浸入面积为10cm²，阴极浸入面积为16cm²。在室温下测量得到的电流为200mA，电压为1.1V。

实施例3