一種鋁、鎂合金燃料電池的陽極密封裝置的製作方法

2023-11-04 03:47:32 1

專利名稱：一種鋁、鎂合金燃料電池的陽極密封裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及鋁、鎂合金燃料電池的密封裝置，具體涉及一種鋁、鎂合金燃料電池的 陽極密封裝置。
背景技術：
眾所周知，電是人們生活中的主要能源之一，燃料電池是將化學能直接轉換為電 能和熱能的新型電池，其與常規電池的不同之處在於，只要有燃料和氧化劑供給，就會有持 續不斷的電力輸出。它因能量轉換效率高、無汙染、啟動快、電池壽命長、比功率、比能量高 等優點，而在固定發電系統、現場用電源、分布式電源、空間飛行器電源及交通工具用電源 方面有廣闊的應用前景。而與傳統電池相比，燃料電池的能量至少要高10倍。目前燃料電 池主要包括鹼性燃料電池磷酸燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池、固態氧化次燃料電池、質子 交換膜燃料電池、直接甲醇燃料電池等，不管何種燃料電池，其結構中都必然包括陽極、陰 極和位於陽極和陰極之間的電解質。
例如鋅空氣燃料電池，採用鋅合金為陽極，氫氧化鉀(KOH)為電解質，在使用過一 段時間後，陽極板完全反應，必須將該反應完成的陽極板予以更換，以使該鋅空氣電池能維 持供電的狀態。然而，現有的燃料電池，陽極是不能更換的，當陽極完全反應完了，整個燃料 電池也就沒用了，除非對燃料電池進行充電，使陽極還原，這就與電池是輸出電能的動力源 相違背了。
公開號為CN 2593376，
公開日為2002年11月4日，公開了一種金屬空氣燃料電池 的鋅匣補給更換裝置，其包括有一箱體；一鋅匣儲料槽，供儲放複數個鋅匣，其底部開設有 一鋅匣送出槽口 ；一電池導入機構，配置在該箱體的接收及準備區，且承置一送入的金屬空 氣燃料電池，並該金屬空氣燃料電池移送至該鋅匣儲料槽的鋅匣送出槽口下方。由於該技 術用於鋅空燃料電池，結構複雜，其具體結構和原理、反應都與鋁、鎂合金燃料電池千差萬 別，故該方案並不適用於鋁、鎂合金燃料電池。並且一般燃料電池所用電解液或者是酸，或 者為鹼，電解液一旦洩漏，會造成腐蝕及環境汙染。
申請人之前申請過公開號CNlO 1(^6255，
公開日2007年8月四日，發明名稱為改 性鋁、鎂合金燃料電池的發明專利申請，但包括該申請在內的其它鋁、鎂合金燃料電池並未 公開可以更換燃料的方案，故也更沒有提及更換燃料後的防止電解液洩漏的密封結構。發明內容
為了克服現有技術的不足，本發明提供了一種結構簡單、裝拆方便、經久耐用、可 有效防止電解液洩漏的可更換燃料的鋁、鎂合金燃料電池的陽極密封裝置。
為了達到上述目的，本發明採用的技術方案如下一種鋁、鎂合金燃料電池的陽極 密封裝置，包括殼體、陽極固定板以及設於殼體一側的陽極插口，所述的陽極固定板安裝於 陽極插口上且陽極固定板的大小與陽極插口相配；其特徵在於所述的陽極密封裝置還包 括限位片以及棍式彈簧；3
所述限位片設於陽極插口外側的兩端，所述限位片上設有第一凹槽、第二凹槽以 及限位凸起，所述第一凹槽的一端開口，另一端與第二凹槽連通，所述限位凸起設於第一凹 槽與第二凹槽末端的連接處，所述的兩限位片相對放置；
所述棍式彈簧由第一持力部、第二持力部、第三持力部、第四持力部、第五持力部 及第六持力部構成；第一持力部的一端與第二持力部的一端連接，第二持力部的另一端與 第三持力部的一端連接，第三持力部的另一端與第四持力部的一端連接，第四持力部的另 一端與第五持力部的一端連接，第五持力部的另一端與第六持力部的一端連接，所述的第 一持力部、第二持力部、第三持力部、第四持力部以及第五持力部以通過第六持力部的幾何 中心並與第六持力部垂直的垂線作為對稱軸，對稱地設置在第六持力部的另一端；所述的 第一持力部、第二持力部、第三持力部設於同一平面上，且第一持力部與第三持力部平行； 所述的第五持力部、第六持力部設於同一平面上，且第五、六持力部的平面與第一、二、三持 力部的平面所形成的夾角處於80-90°之間；第四持力部與第一、二、三持力部的平面所形 成的夾角為銳角且第四持力部與第五、六持力部的平面所形成的夾角為鈍角且第四持力部 與第五、六持力部的平面所形成的夾角為鈍角；第五持力部與第一、二、三持力部的平面所 形成的夾角處於40-50°之間；
所述棍式彈簧的兩個第一持力部分別設於兩限位片的第二凹槽上，所述限位片的 第一凹槽的寬度與第一持力部相配。
優化的，所述的第一持力部、第二持力部及第四持力部的長度相等；第三持力部與 第五持力部的長度均大於第一持力部的長度。
優化的，所述的陽極密封裝置還包括彈性密封墊圈，所述陽極插口的邊緣設有墊 圈凹槽，所述的彈性密封墊圈設於墊圈凹槽上；所述陽極固定板的內側設有凸條，所述凸條 的大小與陽極插口相配；所述陽極固定板的內側還設有環形凸稜，所述環形凸稜的大小與 彈性密封圈相配。
優化的，所述的陽極固定板由絕緣材料製成。
所述殼體包括附有空氣電極板的電化學反應腔、金屬電極板、上電解液腔、下電解 液腔；所述上電解液腔頂端設有上端蓋；所述電化學反應腔分別設於上電解液腔的下端、 下電解液腔的上端，且電化學反應腔分別與上電解液腔、下電解液腔相互連通；所述的陽極 插口設於電化學反應腔上；所述金屬電極板的一端設有串並聯導電端子，所述的串並聯導 電端子固定於陽極固定板上。
優化的，所述陽極固定板與金屬電極板之間留有間隙。
優化的，所述的下電解液腔設有下端蓋。
優化的，所述陽極插口設於電化學反應腔的一側面的中部位置。
優化的，所述串並聯導電端子的數量為二，所述串並聯導電端子與金屬電極板的 連接方式為鉚接。
優化的，所述電化學反應腔的正面及背面均設有陰極固定隔柵，所述陰極固定隔 柵由絕緣材料製成，所述陰極固定隔柵上設有凸起。
優化的，所述上、下電解液腔的正面及背面均設有凹孔及凸柱，所述凹孔與凸柱相互配合。
優化的，所述上電解液腔的外表面設有條形凸稜。
本發明與現有技術相比，陽極密封裝置在技術性能上體現出綜合優勢，具體表現 在
1、由棍式彈簧與限位片組成獨特的密封結構，可有效地把陽極固定板牢牢地固定 在陽極插口上，再配以陽極插口處的彈性密封墊圈及陽極固定板內側的環形凸稜，加強了 密封效果，從而有效的防止電解液洩漏，在很大程度上提高了具有可更換燃料結構的鋁、鎂 合金燃料電池的安全性、穩定性及使用壽命；
2、棍式彈簧具有獨特的多段式結構，具有裝拆極方便、經久耐用的優點，不管在安 裝還是使用過程中，都巧妙的躲過串並聯導電端子，避免了彈簧與串並聯導電端子短接的 危險，而且這一種獨特的多段式結構還可以使陽極固定板均勻受力，棍式彈簧的結構簡單， 完全靠單手即可操作。


圖1為本發明實施例的安裝示意圖。
圖2為本發明實施例的金屬電極板及其陽極固定板的背面結構示意圖。
圖3為本發明實施例的密封裝置的裝配示意圖。
圖4為本發明實施例的棍式彈簧結構示意圖。
圖5為本發明實施例的限位片的結構示意圖。
具體實施方式
如圖1和2所示，一種鋁、鎂合金燃料電池的陽極密封裝置，包括殼體、陽極固定板 11以及設於殼體一側的陽極插口 7，所述的陽極固定板11安裝於陽極插口 7上且陽極固定 板11的大小與陽極插口 7相配，即陽極插口 7可被陽極固定板11密封起來，所述的陽極固 定板11由絕緣材料製成。所述殼體包括附有空氣電極的電化學反應腔1、金屬電極板2、上 電解液腔3、下電解液腔4。本實施例的電化學反應腔1與金屬電極板2的製作材料均採用 申請號為200710073300.2的「改性鋁、鎂合金燃料電池」中的相對應結構的材料，即所述的 金屬電極板2為改性鋁、鎂合金陽極，電化學反應腔1為空氣電極，而使用時，電化學反應腔 1及上電解液腔3、下電解液腔4內充滿的電解液為含鹽的中性電解液。
所述的上電解液腔3頂端設有上端蓋5，用於添加電解液和使用時對流散熱；上電 解液腔3的正面及背面均設有凹孔32及凸柱31，而且凹孔32及凸柱31可相互配合，即多 個的燃料電池可通過這種凹凸結構組裝結合起來，成為電池組；所述的上電解液腔3的正 面及背面還設有具有散熱功能的條形凸稜33，從而延長燃料電池的使用壽命。
所述的下電解液腔4的底部設有下端蓋6，用於排放反應後的殘渣液；下電解液腔 4的正面及背面也設有與上電解液腔3功能相同的凹孔及凸柱。
所述的電化學反應腔1設於上電解液腔3與下電解液腔4之間，而且電化學反應 腔1分別與上電解液腔3、下電解液腔4相互連通；所述的陽極插口 7設於電化學反應腔1 上，且陽極插口 7設於電化學反應腔的一側面的中部位置，所述陽極插口 7的開口大小與金 屬電極板2相配，即金屬電極板2可以通過陽極插口 7進入電化學反應腔1內，並且位於電 化學反應腔1的中部，從而使金屬電極板2兩面都可以與電解液充分接觸，從而提高化學反 應效率和使用效率；所述金屬電極板2的一端設有串並聯導電端子10，所述串並聯導電端子10與金屬電極板2的連接方式為鉚接；所述串並聯導電端子10的數量為二，即單個的 鋁、鎂合金燃料電池可根據實際情況進行串聯、並聯或串並聯使用，二個串並聯導電端子10 接線更方便，截面積更大。所述電化學反應腔1的正面及背面對稱地設置有陰極固定隔柵 14，所述陰極固定隔柵14由絕緣材料製成，所述陰極固定隔柵14上設有凸起141，當多個本 實施例的燃料電池組合使用時，凸起141可保證燃料電池之間的距離，從而防止了電池組 合使用時電化學反應腔1短接的情況出現，即杜絕了陰極短接的危險，並保證有效的空氣 流動空間。
所述的陽極密封裝置還包括限位片12、棍式彈簧13以及彈性密封墊圈9。
如圖3和5所示，所述限位片12包括上限位片(圖上未畫出)、下限位片，上限位 片設於上電解液腔3的下端，下限位片設於下電解液腔4的上端，即所述的限位片12設於 陽極插口 7外側的兩端，且上限位片、下限位片相對放置，即上限位片處於下限位片的正上 方；所述限位片12上設有第一凹槽121、第二凹槽122以及限位凸起123，所述第一凹槽121 的一端開口，另一端與第二凹槽122連通，所述限位凸起123設於第一凹槽121與第二凹槽 122末端的連接處；
如圖4所示，所述棍式彈簧13由第一持力部131、第二持力部132、第三持力部 133、第四持力部134、第五持力部135及第六持力部136構成；第一持力部131的一端與第 二持力部132的一端連接，第二持力部132的另一端與第三持力部133的一端連接，第三持 力部133的另一端與第四持力部134的一端連接，第四持力部134的另一端與第五持力部 135的一端連接，第五持力部135的另一端與第六持力部136的一端連接，所述的第一持力 部131、第二持力部132、第三持力部133、第四持力部134以及第五持力部135以通過第六 持力部136的幾何中心並與第六持力部136垂直的垂線作為對稱軸，對稱地設置在第六持 力部136的另一端，即第六持力部136的另一端也相應地設置有第五、四、三、二、一持力部 135、134、133、132、131 ；所述的第一持力部131、第二持力部132、第三持力部133設於同一 平面上，且第一持力部131與第三持力132部平行，即第一、三持力部131、132並不重合，且 由第二持力部132連接在一起；所述的第五持力部135、第六持力部136設於同一平面上， 且第五、六持力部135、136的平面與第一、二、三持力部131、132、133的平面相互接近垂直 但並不垂直，即兩平面形成的夾角宜為80-90°之間；第四持力部134與第一、二、三持力部 131、132、133的平面所形成的夾角為銳角且第四持力部134與第五、六持力部135、136的平 面所形成的夾角為鈍角；第五持力部135與第一、二、三持力部131、132、133的平面所形成 的夾角為40-50°之間，最適宜為45° ；所述的第一持力部131、第二持力部132及第四持 力部134的長度基本相等，宜為相等；第三持力部133與第五持力部135的長度均遠大於第 一持力部131的長度；
所述棍式彈簧13的兩個第一持力部131分別設於上、下限位片的第二凹槽上122， 所述限位片12的第一凹槽121的寬度與第一持力部131相配，即第一持力部131可在第一 凹槽121上滑行。
即棍式彈簧13通過以上的結構設置，可以使第四持力部134有以第三持力部133 為旋轉軸旋轉的運動趨勢，第二持力部132有以第三持力部133為旋轉軸旋轉的運動趨勢， 且第四持力部134的旋轉趨勢與第二持力部132的旋轉趨勢相反。
為了進一步加強密封性能，防止電解液的洩漏，所述陽極插口 7的邊緣設有墊圈凹槽8，所述的彈性密封墊圈9設於墊圈凹槽8上；所述串並聯導電端子10固定於陽極固 定板11上，由於所述的陽極固定板11的大小與陽極插口 7相配，即陽極固定板11可以完 全覆蓋彈性密封墊圈9 ；所述陽極固定板11的內側設有凸條112，所述凸條112的大小與陽 極插口 7相配；所述陽極固定板11的內側還設有環形凸稜111，所述環形凸稜111的大小 與彈性密封圈9相配；
本實施例的使用方法非常簡單，先把金屬電極板2插入電化學反應腔1內，然後把 棍式彈簧13的其中一個第一持力部131直接插入其中一個限位片12的第二凹槽122中，而 且使另外一側的第一、二、三持力部131、132、133所形成的平面基本垂直於陽極固定板11 的外側，此時，已插入限位片12第二凹槽122中的第一持力部131最靠近陽極固定板11，因 此，需把棍式彈簧13的另一個第一持力部131通過另一個限位片12的第一凹槽121的開 口進入第一凹槽121並沿著第一凹槽121進入第二凹槽122，此時，第五、六持力部135、136 剛好位於串並聯導電端子10的正外側，此時，需用手牽引第六持力部136，並且以基本垂直 於第六持力部136的軸向方向的方向施力，則棍式彈簧13的第一持力部131就會沿著限位 片12的第二凹槽122的內壁向第二凹槽122末端旋轉，此時，其餘各持力部均以第三持力 部133為轉軸並向陽極固定板11外側平面邊旋轉邊靠近，直至第三、六持力部133、136均 壓住陽極固定板11的外側，而此時，第一持力部131雖有繼續沿第二凹槽122內壁旋轉的 趨勢，但被卡掣在末端的限位凸起123上。如圖3所示，裝配好的棍式彈簧13的第三、六持 力部133、136都緊壓在陽極固定板11上，即原本不在同一平面的第三、六持力部133、136 因受到彈性應變作用，形變成緊貼陽極固定板11表面，而且此時，整個棍式彈簧13的受力 情況為，第五、六持力部135、136所形成的平面有往遠離串並聯導電端子10—側旋轉的運 動趨勢，第五、六持力部135、136的平面的轉軸為第三持力部133，則此時，所有持力部都受 到扭曲作用，並且第一、二、四持力部131、132、134還受到彎曲作用，保證了整個棍式彈簧 13結構的穩定性，同時第五、六持力部135、136還能夠繞開串並聯導電端子10，避免了短接 危險，也能夠使陽極固定板11的表面都均勻受力，加強了彈性密封墊圈9、墊圈凹槽8、凸條 112、環形凸稜111之間相互配合而產生的密封效果，即安裝棍式彈簧13後，可以把金屬電 極板2牢牢地固定於電化學反應腔1的中部內；然後打開上端蓋5，往電解液腔內添加電解 液；最後，金屬電極板的串並聯導電端子10作為負極，電化學反應腔1的空氣電極板作為正 極，接入電路即可使用。若實際情況需要多個燃料電池組合使用，可以先把多個燃料電池通 過凹凸結構組裝在一起，然後按照串聯、並聯或串並聯方式把單個的燃料電池組裝並連接， 接入電路即可使用。
當燃料電池的燃料耗盡時，只需先打開下端蓋6，排出反應後的殘渣液；然後關閉 下端蓋6 ；接著把棍式彈簧13取出，抽出反應完全的金屬電極板2，插入新的金屬電極板2， 再安裝棍式彈簧13 ；最後，打開上端蓋5，添加適量的電解液，使電解液充滿整個電化學反 應腔1，或加至電解液也充滿上電解液腔3，從而使金屬電極2的兩側與電解液充分接觸，關 閉上端蓋5，即可使燃料電池重新投入使用，產生電能。
以上所述的實施例，只是本發明較優選的具體實施方式
的一種，本領域技術人員 在本發明方案範圍內進行的通常變化和替換都應包含在本發明的保護範圍內。
權利要求
1.一種鋁、鎂合金燃料電池的陽極密封裝置，包括殼體、陽極固定板以及設於殼體一側 的陽極插口，所述的陽極固定板安裝於陽極插口上且陽極固定板的大小與陽極插口相配； 其特徵在於所述的陽極密封裝置還包括限位片以及棍式彈簧；所述限位片設於陽極插口外側的兩端，所述限位片上設有第一凹槽、第二凹槽以及限 位凸起，所述第一凹槽的一端開口，另一端與第二凹槽連通，所述限位凸起設於第一凹槽與 第二凹槽末端的連接處，所述的兩限位片相對放置；所述棍式彈簧由第一持力部、第二持力部、第三持力部、第四持力部、第五持力部及第 六持力部構成；第一持力部的一端與第二持力部的一端連接，第二持力部的另一端與第三 持力部的一端連接，第三持力部的另一端與第四持力部的一端連接，第四持力部的另一端 與第五持力部的一端連接，第五持力部的另一端與第六持力部的一端連接，所述的第一持 力部、第二持力部、第三持力部、第四持力部以及第五持力部以通過第六持力部的幾何中心 並與第六持力部垂直的垂線作為對稱軸，對稱地設置在第六持力部的另一端；所述的第一 持力部、第二持力部、第三持力部設於同一平面上，且第一持力部與第三持力部平行；所述 的第五持力部、第六持力部設於同一平面上，且第五、六持力部的平面與第一、二、三持力部 的平面所形成的夾角處於80-90°之間；第四持力部與第一、二、三持力部的平面所形成的 夾角為銳角且第四持力部與第五、六持力部的平面所形成的夾角為鈍角且第四持力部與第 五、六持力部的平面所形成的夾角為鈍角；第五持力部與第一、二、三持力部的平面所形成 的夾角處於40-50°之間；所述棍式彈簧的兩個第一持力部分別設於兩限位片的第二凹槽上，所述限位片的第一 凹槽的寬度與第一持力部相配。
2.如權利要求1所述的一種鋁、鎂合金燃料電池的陽極密封裝置，其特徵在於所述的 第一持力部、第二持力部及第四持力部的長度相等；第三持力部與第五持力部的長度均大 於第一持力部的長度。
3.如權利要求1所述的一種鋁、鎂合金燃料電池的陽極密封裝置，其特徵在於所述的 陽極密封裝置還包括彈性密封墊圈，所述陽極插口的邊緣設有墊圈凹槽，所述的彈性密封 墊圈設於墊圈凹槽上；所述陽極固定板的內側設有凸條，所述凸條的大小與陽極插口相配； 所述陽極固定板的內側還設有環形凸稜，所述環形凸稜的大小與彈性密封圈相配。
4.如權利要求1所述的一種鋁、鎂合金燃料電池的陽極密封裝置，其特徵在於所述的 陽極固定板由絕緣材料製成。
5.如權利要求1-4任一項所述的一種鋁、鎂合金燃料電池的陽極密封裝置，其特徵在 於所述殼體包括附有空氣電極板的電化學反應腔、金屬電極板、上電解液腔、下電解液腔； 所述上電解液腔頂端設有上端蓋；所述電化學反應腔分別設於上電解液腔的下端、下電解 液腔的上端，且電化學反應腔分別與上電解液腔、下電解液腔相互連通；所述的陽極插口設 於電化學反應腔上；所述金屬電極板的一端設有串並聯導電端子，所述的串並聯導電端子 固定於陽極固定板上。
全文摘要
本發明涉及一種鋁、鎂合金燃料電池的陽極密封裝置，包括殼體、陽極固定板以及設於殼體一側的陽極插口，所述的陽極固定板安裝於陽極插口上且陽極固定板的大小與陽極插口相配；所述的陽極密封裝置還包括限位片以及棍式彈簧，而棍式彈簧具有獨特而簡單的多段式結構，實現了極為方便的徒手操作更換金屬電極板的效果，又能保證產品的電解液不會洩漏，即本發明不僅使燃料電池具有燃料可方便地更換的優點，又能使其具有非常良好的密封性能，從而使具有本發明密封結構的燃料電池具有巨大的市場應用前景。
文檔編號H01M12/02GK102034944SQ201010525689
公開日2011年4月27日 申請日期2010年10月27日 優先權日2010年10月27日
發明者張學國, 施建, 石輝, 程炳燁, 馬潤芝 申請人:張學國, 施建, 石輝, 程炳燁, 馬潤芝