[发明专利]一种半燃料电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种电池，尤其涉及一种半燃料电池。

背景技术

燃料电池是一种将持续供给的燃料和氧化剂中的化学能连续不断地转化成电能的电化学电池。以铝作为阳极，并采用过氧化氢作为氧化剂的燃料电池叫做铝/过氧化氢半燃料电池。铝是地球上最丰富的金属元素，其质量比容量可达2.98Ah/g，体积比容量可达8.04Ah/cm³；过氧化氢具有密度高、无毒、无污染、可长期贮存等特点；铝与过氧化氢组合而成的半燃料电池具有如下优点：理论能量密度高；理论功率密度高；承受短时过载的能力强；阴极过电位小，效率高，一般＞65％，最高可以达到80％(或开路电压达到约1.75V)；推进剂可以长期贮存；环境友好等。铝和过氧化氢在半燃料电池中的反应机理主要包括电化学氧化和还原反应，以及三个有害的化学反应。电化学反应分为两部分：阴极反应和阳极反应。反应方程如下：

阳极反应：2Al(s)+8OH^-(aq)→2AlO₂^-(aq)+4H₂O(l)+6e^-

阴极反应：3HO₂^-(aq)+3H₂O(l)+6e^-→9OH^-(aq)

总反应：  2Al(s)+3HO₂^-(aq)→2AlO₂^-(aq)+OH^-(aq)+H₂O(l)

阴极和阳极反应都是半反应，总电势为3.18V。

有害的反应包括铝的腐蚀反应、过氧化氢的分解反应，以及铝/过氧化氢直接化学反应。

铝的腐蚀反应：2Al(s)+2OH^-(aq)+2H₂O(l)＝2AlO₂^-(aq)+3H₂(g)

虽然此反应也是一种电化学反应，但并不产生电流。在此反应中铝被浪费，产生了氢气，从而降低了燃料电池的效率。

过氧化氢的分解反应：2H₂O₂(l)＝O₂(g)+2H₂O(l)

过氧化氢是一种活性很高的物质，在有污染物的情况下分解速度大大加快。此反应损耗了过氧化氢，也降低了燃料电池的效率。

铝/过氧化氢直接反应：2Al(s)+3HO₂^-(aq)＝2AlO₂^-(aq)+OH^-(aq)+H₂O(l)

此反应看上去与总的电化学反应方程相同，但其机理完全不同。铝和过氧化离子的接触是产生这种化学反应的原因，在这个反应中，没有电流在回路中产生。

上述三个有害反应的发生降低了电池的效率，因此在设计电池的流动系统时要尽量抑制有害反应的发生。

发明内容

本发明目的是提供一种利用铝/过氧化氢的半燃料电池，其解决了背景技术半燃料电池尤其是铝/过氧化氢半燃料电池转换效率低、能量密度低、功率密度低的技术问题。

本发明的技术解决方案是：

一种半燃料电池，包括燃料电池本体1、电解质供应系统A、氧化剂供应系统B以及连接燃料电池本体1、电解质供应系统A和氧化剂供应系统B的蠕动泵10，其特殊之处是，所述燃料电池本体1包括可固连密封在一起的阳极壳体11、阴极壳体12以及设置在阳极壳体11和阴极壳体12之间的阳极系统和阴极系统；所述阳极系统包括设置在阳极壳体11内的电解质入口61、阳极接头51和电解质出口71以及由内至外设置在阳极壳体11内侧面的阳极21和阳极流道41；所述阴极系统包括设置在阴极壳体12内的氧化剂入口61、阴极接头52和氧化剂出口72以及由内至外设置在阴极壳体12内侧面的阴极流道42和膜阴极22；所述电解质供应系统A、蠕动泵10、电解质入口71、阳极流道41、电解质出口71构成电解质通路；所述氧化剂供应系统B、蠕动泵10、氧化剂入口62、阴极流道42、氧化剂出口72构成氧化剂通路；所述阳极21、阳极流道41和膜阴极22共同构成电解质的反应容腔，所述阴极壳体12、阴极流道42和膜阴极52共同构成氧化剂的反应容腔。