盤旋式海水電池的製作方法

2023-10-05 07:57:24

專利名稱：盤旋式海水電池的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種利用海水作為電解質溶液的化學電池，尤其是涉及一種使用盤旋 式結構電極板的海水電池。
背景技術：
海水電池是化學電池中的一種，它利用金屬的氧化還原反應，自發地將化學能轉 變為電能。在化學電池中，當將分子活動相對比較活潑的金屬與分子活動相對比較不活潑的 金屬(或碳)同時跟電解質溶液接觸時，比較活潑的金屬與電解質溶液發生氧化反應，釋放 出電子，成為電池的負極；從比較活潑金屬中釋放出的電子，經過電解質溶液定向流向比較 不活潑的金屬(或碳)，使比較不活潑的金屬(或碳)得到電子而成為正極；當正極與負極 之間的電動勢形成電位差時，就產生了電流。化學電池形成電能的能力，取決於組成電池結構物質的電化學反應能力。其中電 能電壓的高低，與電化學的反應速度有關；電能電流的大小，與參與電化學反應的面積大小有關。兩極金屬與電解質溶液之間所進行電化學反應所釋放的化學能，是電池電源的能 量來源。當電解質溶液處於不飽和狀態時，兩極金屬的電化學反應繼續進行；當電解質溶液 處於飽和狀態時，兩極金屬的電化學反應停止。根據這些原理，可以設計和生產出各類繁多的化學電池，包括本發明所述的盤旋 式海水電池，使之能夠在生產、生活和國防建設中得到廣泛應用。目前公知的一些化學電池(包括海水電池)雖然有供電平穩、供電時間長等優點， 但也存在著電流少、功率低、結構複雜、造價昂貴等缺陷，影響到了該類電池的廣泛使用。本發明在綜合各類化學電池優缺點的基礎上，揚優避劣，推陳出新，力求在減輕單 位體積的同時，提高電池輸出電能功率、延長電池儲存時間和降低電池運行成本，設計出一 種高效節能、成本低廉、操作便捷的化學電能發生器，為我國的現代化發展做出應盡的義 務。

發明內容
本發明的目的，在於克服目前公知化學電池的現有缺陷，設計出一種利用海水作 為電解質溶液，且儘可能結構簡單、成本低廉，能夠循環使用、維修方便的化學能電池，賦予 化學電能發生器以更大的應用範圍和更寬廣的使用空間。本發明的原理是將分子活動相對比較活潑的鋁金屬與分子活動相對比較不活潑的銅金屬同時浸 於海水之中，比較活潑的鋁金屬就會與其有電解質溶液特徵的海水發生氧化反應，同時釋 放出電子，成為電池的負極；從鋁金屬中釋放出來的電子，通過海水定向流向銅金屬，使銅 金屬獲得電子而成為正極。當兩極之間的電動勢具有電位差時，即產生電流。
本發明為實現原理而採用的技術方案是(1)使用分子活動比較不活潑的銅金屬作為本發明所述海水電池的正極，使用分 子活動比較活潑、且取材容易、價格低廉的鋁金屬作為本所述海水電池的負極，是最大程度 地降低本發明產品的運行成本。(2)將作為電池負極的鋁金屬與作為電池正極的銅金屬，均製作成為螺旋盤繞形 結構的金屬板，兩者形狀相同、大小一致，使之在一定單位體積內達到表面積的最大化。
(3)將兩極金屬板相對間隔盤繞固定在特定絕緣柱中，間隔的距離為金屬板厚度 的2至3倍，在保持兩極金屬板不互為短路、電解質溶液(海水)流暢更換的同時，儘可能 地使電極發電量最大化。(4)在兩極金屬板上方各設置一接線柱，以將電極所產生電流導引到外電路。(5)在兩極金屬板下方共同設置一定位託盤，以固定兩極金屬板之間的相對位置， 並使之物理結構儘可能穩定。(6)在定位託盤下方設置一定位環，以便使用重物將整個海水電池固定於在水中 的特定位置。(7)在金屬板上方端點與定位絕緣柱頂端齊平位置，設置一密封浮筏，以確保本發 明裝置能夠在水中漂浮，並確保兩極電路接線柱不受潮而發生短路。與目前公知的一般化學電池相比，本發明所形成的海水電池，可以取得下列明顯 有益效果1，造價低廉——本發明所形成產品僅為電極板、定位栓、浮筏三個部件組成，結構 簡單、製造簡易、造價低廉。2，工作可靠——本發明產品在水中是單節電池工作，解決了因串聯漏電及可靠性 不強的問題；同時又因為該產品浸於水中，幾乎不受日光照射和潮汐漲落、波浪起伏等外界 影響，工作可靠穩定。3，適應性強——本發明產品不但可以在含鹽濃度高的海域中使用，而且可在一切 具有氯化鈉(NaCI)、氯化鉀(KGI)等金屬鹽成分的海域、水域、井水甚至是箱桶中使用，不 分晝夜、不計氣候，以低廉運行成本向用戶提供連續不間斷的穩定電源。4，使用時間長——本發明產品連續工作時間可達三個月到一年，所消耗的只是作 為負極活潑金屬材料的鋁和作為電解質溶液的海水。由於海水在自然界取之不盡，故用戶 只要配盤足夠的負極鋁金屬板，多次反覆安裝使用，產品即可長期工作，單機整機壽命可達 五年以上。5，應用範圍廣——本發明所形成的產品，除了單機可用作一定量的照明、信號電 源之外，多個單機產品組合形成的電池陣列，更可以應用於動力、保溫、無線電等設備，廣泛 應用於海上作業、海水養殖、海上救生、海上航運、海上娛樂等行業，以及適應在抗災防災、 野外應急、無線定位等場合的使用。另外，本發明產品還有使用簡單、工作環境安靜，工作效率高等特點，市場空間廣 闊，具有極高的經濟附加價值和社會價值。下面，結合一實施例及附圖，對本發明作進一步介紹。


圖1，是本發明一實施例的結構組織圖。圖2，是本發明一實施例產品的正面形態全剖示意圖。圖3，是本發明一實施例產品的零件立體示意圖。圖4，是本發明一實施例產品的立體示意圖。
具體實施例方式本發明作為產品一項技術方案，通過相應模塊的組合，可得到具體實施，其組織結 構如圖1所示。圖1中，本發明所述的盤旋式海水電池，由定位栓、電極、浮筏三個模塊組成；不同 的模塊又包含著不同的部件，其中 定位栓模塊——包含著定位柱、定位託盤、定位環三個部件。 電極模塊——包含著正極金屬板、負極金屬板、定位接線柱三個部件。 浮筏模塊——包含著浮盤、密封罩、固定螺絲三個部件。產品中各模塊、各部件之間的配合關係，如圖2所示。圖2中，正極金屬板5與負極金屬板4是整個海水電池的主體部分，它的好壞，直 接關係到本發明產品發電功率的大小、工作時間的長短、以及運行成本的高低。本發明實施例的正負極金屬板有如下特點 正極金屬板5主要材料成分為銅金屬，負極金屬板4主要材料成分為鋁金屬。 正極金屬板與負極金屬板的形狀相同，橫截面均為矩形，金屬板寬度是金屬板 厚度的10至30倍。 正負金屬板均呈螺旋形結構，螺旋半徑是金屬板厚度的10至20倍，螺旋圈距是 金屬板厚度的4至10倍，螺旋圈數是4至20。 正負金屬板頂端均有一定位接線柱，用於電流導線的接駁，以及金屬板與定位 栓模塊、浮筏模塊之間的定位連接。定位栓模塊是正負極金屬板的依附所在，由定位柱3、定位託盤2、定位環三個部 件共同組成，它們各自的特徵是 定位柱3——由絕緣材料組成，直徑為電極金屬板厚度的10至20倍，表面相對 設置兩條盤旋槽，每條盤旋槽的寬度、圈距、圈數、方向，均與電極模塊金屬板對應，槽的深 度為電極模塊金屬板厚度的1至2倍。 定位託盤2——是由絕緣材料製成，置於定位柱的下端，其直徑是定位柱3直徑 的2至3倍，用於承載電極金屬板的重量，以及定位電極金屬板的位置。 定位環1——置於定位託盤2的下端，用於吊掛重物，固定本所發明裝置在水中 的位置。浮筏模塊，是本發明實施例中用於漂浮的裝置，它可使本發明產品不致於完全沉 浸在水中，同時可保護產品的正負極接線柱免受水浸受潮而引發短路。本實施例浮筏模塊，由浮盤9、密封罩7和固定螺絲8三個部件組成，其中 浮盤9——圓形盤體結構，半徑為金屬板寬度的1.5倍至3倍，高度為金屬板寬 度的0. 2倍至1倍；浮盤中間為一凸臺，該凸臺半徑為金屬板寬度的1至1. 5倍，高度為金屬板寬度的0. 1至0.8倍。 密封罩7—圓形罩體結構，頂面為圓拱形，頂面中間設置一陰槽型把手。密封罩7在使用時緊扣在浮盤9之上，其尺寸與浮盤9的尺寸相對應，兩者配合可形成密封體。 固定螺絲8—用於固定浮盤9與密封罩7之間的配合，防止兩者在水浪衝擊下松 脫或開裂。本發明實施例產品的零件裝配過程如圖3所示，具體是第一步將定位柱3、定位託盤2和定位環1三個部件裝配在一起(可使用注塑方 法)，整合成為定位栓模塊整體。第二步將負極金屬板4旋進定位柱3中的一盤旋槽中；將正極金屬板5旋進定位 柱3的另一盤旋槽中；正負極金屬板之間形成間隔盤繞、互不接觸的格局。第三步將浮盤9置於由負極金屬板4、正極金屬板5與定位柱3共同組成的頂面 上，然後使用定位接線柱6對它們固定，並引出正負極導線。第四步將密封罩7相對緊扣在浮盤9上面，並根據情況需要在接合處塗上密封 膠，再使用固定螺絲8鎖定密封罩7與浮盤9的相對位置。本實施例各部件裝配後的整體形態如圖4所示。本實施例產品的使用過程是(1)使用電線的一端連接實施例產品的正負極定位接線柱，另一端連接用電器或 蓄電池(牽引電線時注意防潮密封措施)。(2)將實施例產品置於海水或其他含有金屬鹽成分的湖水、井水甚至箱桶之中 (金屬鹽含量約2% -20%左右)，使產品處於漂浮狀態。(3)稍等片刻(約2至5分鐘)，電極中即有電流輸出，兩極電位差約1-2V，電流約 0. 05-0. 2A，具體視電極材料質量、電解質溶液濃度、電極金屬板面積而定)。(4)如將多個實施例產品串聯或並聯使用，形成電池陣列，可產生較大電壓或較大 電流。本實施例產品產生電流的機制是海水中的氯化鈉溶液(或其他金屬鹽溶液)是 電解質，能在兩個電極板中連成一個通路。當本實施例產品置於海水中時，氯化鈉溶液(或 其他金屬鹽溶液)使鋁金屬板逐漸氧化腐蝕溶解，釋放出電子，形成負極；而從鋁金屬板釋 放的電子，則通過氯化鈉溶液(或其他金屬鹽溶液)流向銅金屬板，使銅金屬板獲得電子而 成為正極。當銅金屬板與鋁金屬板之間的正負極電動勢形成了電位差時，就產生了電流。用 戶用電線接駁到產品中的定位接線柱，就可以導引出可供實際使用的電流。在一般的氧化還原反應中，由於電解質溶液的濃度會漸漸趨近飽和狀態，因而使 反應漸漸停止；而本實施例產品的使用過程中，由於電解質溶液(海水)不斷被衝刷更新， 其濃度永遠不會呈飽和狀態，因而其電化學反應就一直進行下去，直到鋁金屬板被腐蝕殆 盡為止。在本實施例的電化學反應過程中，鋁金屬板既是作為電極，又是作為燃料。說它是 電極，是因為裝置中的負極電流通過它源源不斷地向外流出；說它是燃料，是因為它在化學 能轉換為電能的過程中，一點一滴地被氧化消耗殆盡，最終溶解消失在浩瀚無際的汪洋之中。正因為如此，用戶只需根據實際消耗情況，及時更換產品中的鋁金屬板，就可以幾 乎無限制在將本發明產品循環使用下去。
本發明在實施過程中，可以根據實際情況靈活設計出各構 件的具體形狀和規格， 並通過各種不同規格構件的有機組合，形成多種實施方案，從而開拓出千姿百態的產品，造 就出廣闊的市場空間。
權利要求
一種海水電流發生裝置，定位栓、電極、浮筏三個模塊組成，其特徵是電極模塊緊密盤旋圍繞於定位栓模塊周圍，浮筏模塊固定於電極模塊與定位栓模塊的上方，形成整個電流發生裝置的漂浮體。
2.根據權利要求1所述的海水電流發生裝置，其特徵是所述的電極模塊，由正極金屬 板、負極金屬板和定位接線柱三種部件組成。
3.根據權利要求2的海水電流發生裝置，其特徵是所述電極模塊中的正極金屬板與 負極金屬板，形狀相同，材料相異；其中，正極金屬板主要材料成分為銅金屬，負極金屬板主 要材料成分為鋁金屬。
4.根據權利要求2所述的海水電流發生裝置，其特徵是所述的電極模塊中的正負極 金屬板，橫截面均為矩形，金屬板寬度是金屬板厚度的10至30倍。
5.根據權利要求2所述的海水電流發生裝置，其特徵是所述的電極模塊中的正負極 金屬板，均為螺旋形結構，螺旋半徑是金屬板厚度的10至20倍，螺旋圈距是金屬板厚度的 4至10倍，螺旋圈數是4至20。
6.根據權利要求2所述的海水電流發生裝置，其特徵是所述的電極模塊中的正負極 金屬板，均設置一個定位接線柱。
7.根據權利要求1所述的海水電流發生裝置，其特徵是所述的定位栓模塊，由定位 柱、定位託盤、定位環三個部件組成。
8.根據權利要求7所述的海水電流發生裝置，其特徵是所述的定位柱部件由絕緣材 料組成，直徑為電極金屬板厚度的10至20倍，表面相對設置兩條盤旋槽，每條盤旋槽的寬 度、圈距、圈數、方向，均與電極模塊金屬板對應，槽的深度為電極模塊金屬板厚度的1至2 倍。
9.根據權利要求1所述的海水電流發生裝置，其特徵是所述的浮筏模塊，由一個浮 盤、一個密封罩和若干固定螺絲三種部件組成；其中，密封罩緊扣在浮盤的上方，再由固定 螺絲加以固定，形成密封的浮筏模塊。
10.根據權利要求1至權利要求9共同所述的海水電流發生裝置，其特徵是電極模塊 與定位栓模塊之間的物理方位關係，是中心環繞關係和上下固定關係，電極模塊中的正負 極金屬板，均螺旋盤繞在定位栓模塊中的定位柱周圍，並固定於定位栓模塊中的定住託盤 上方；浮筏模塊與其他模塊之間的物理方位關係，是上下相對關係，它置於電極模塊與定位 栓模塊共同組成的頂面上，並通過電極模塊中的定位接線柱緊密連接，形成了海水電池的 整體。
全文摘要
本發明涉及一種利用海水作為電解質溶液的化學電池，尤其是涉及一種使用盤旋式結構電極板的海水電池。本發明產品由定位栓模塊、電極模塊和浮筏模塊組成，使用分子活動比較不活潑的銅金屬作為正極，使用分子活動比較活潑、且價格低廉的鋁金屬作為負極，是最大程度地降低本發明產品的運行成本，具有造價低廉、工作可靠、適應性強、使用時間長、應用範圍廣等特點，可廣泛應用於海上作業、海水養殖、海上救生、海上航運、海上娛樂等行業，以及適應在抗災防災、野外應急、無線定位等場合的使用，具有廣闊的市場應用前景和較高的經濟實用價值。
文檔編號H01M4/06GK101834297SQ20101016260
公開日2010年9月15日 申請日期2010年4月1日 優先權日2010年4月1日
發明者鍾明華 申請人:鍾明華