专利名称：栅闸式海水电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用海水作为电解质溶液的化学电池，尤其是涉及一种使用直插 式电极板、栅闸式框架结构的海水电能发生器。
背景技术：
海水电池是化学电池中的一种，它利用金属在作为电解质溶液的海水中的氧化还 原反应，自发地将化学能转变为电能。目前公知的海水电池，无论是直插式或螺旋式结构，大都采用电解铝作为阴极电 极板，采用电解铜作为阳极电极板，造价较为昂贵，且存在着供电时间短、拆卸、更换较为困 难等缺陷，影响到海水电池的工作时间和应用范围。发明目的
本发明的目的，在于设计出一种比各类公知海水电池成本更为低廉、维护更为便捷、工 作时间更为长久、且可大规模阵列使用的海水电流发生器，赋予海水电池以更大的应用范 围和更宽广的使用空间。
发明内容
本发明在综合目前公知海水电池基础上，克服现有电池的缺陷，扬优避劣，推陈出 新，力求在减轻单位体积、提高延长电池工作时间的同时，最大限度地降低电池生产成本和 运行成本，设计出一种以自然海水作为电解质溶液、且结构尽可能简单、成本尽可能低廉， 维修尽可能便捷、能够循环使用、阵列使用的电流发生器。本发明所依据的原理是电化学原理，主要特征是
当将分子活动相对比较活泼的金属(如锌、铝等)与分子活动相对比较不活泼的导体材 料(如铜、石墨等)同时浸泡于海水之中时，比较活泼的金属就会与具有电解质溶液特征的 海水发生氧化反应，释放出电子，成为原电池的负极；从活泼金属中释放出来的电子，通过 海水定向流向分子活动较为不活泼的导体材料，该导体材料即获得电子而成为原电池的正 极；当两极之间的电动势具有电位差时，就产生电能。原电池形成电能的能力，取决于组成原电池结构物质的电化学反应能力。其中电 能电压的高低，与电化学反应的速度有关，尤其是与活泼材料的纯度、电解质溶液电离子浓 度、电解质溶液的温度有关；电能电流的大小，与参与电化学反应的电极面积大小有关，尤 其是与活泼金属浸泡在电解质溶液中的面积有关。两极材料与电解质溶液之间所进行电化学反应所释放的化学能，是电池两极中的 电能来源；当海水中所含的电离子浓度处于不饱和状态时，两极材料之间的电化学反应就 继续进行；当海水所含的电离子浓度处于饱和状态？？时，两极材料之间的电化学反应停 止。该原理所引伸出来的意义是在大自然海水中，所含电离子浓度永远处于不饱和状态， 只要浸泡在海水中的两极材料不消失，两极材料之间的电化学反应就永远进行下去。根据上述原理，我们可以设计和生产出各种类型不同的化学电池，包括本发明所 述的栅闸式海水电池，使之能够在日常生活生产中发挥出应有的作用。本发明根据原理而采用的技术方案是(1)产品的负极材料使用铝金属，该材料分子活动特性较为活泼，能够在海水中与氯离 子、氢氧根发生电化学反应而释放出电子，且该材料市场价格较为低廉，取材容易。⑵产品的正极材料使用石墨板材，该材料分子活动特性较不活泼，但能够在电解 质溶液中轻易地吸纳电子而成为电池的正极，且该材料价格低廉，便于刨削加工。⑶将正负极零件均圆角长方体，以便于零件的加工制作，尤其便于使用价格低廉 的熔铸铝制作成电池的负极板。⑷在石墨电极板两个大的立面上设置定位槽，在铝电极板两个大的立面上设置限 位槽，使这些电极板便于固定在特定位置，不致于左右摇晃，或失去平衡。
(5)在所有电极板上端左右两角设置吊装孔，便于电极板的安装和更换；必要时，用 于电极板位置的固定。(6)栅闸板根据电极板的水平截面形状而确定自己的水平截面形状，与电极板的定 位槽、限位槽、吊装孔相配合，确保电极板能够有序地定距地安插到海水电池中，不致于左 右摇摆或脱落；同时，栅闸板最大限度地预留出电极板沉浸海水的空间，确保电极板之间的 电化学反应顺利进行。(7)将承载电极板的浮箱设计为多个独立小格的联合体，除中心小格用于悬挂电极 板外，其余小格均为独立的密封体(共用箱体顶板)，以规避箱体破裂沉没的风险；必要时， 各密封小格填充泡沫塑料，确保海水电池不致因为浮箱破裂而沉没。(8)浮箱维护罩使用弹性的封口扣，一方面防止海水从浮箱顶板灌入渗透，另一方 面便于操作人员对海水电池内部的检查维护。与目前公知的海水电池相比，本发明所形成的海水电池，可以取得下列有益效 果
1，成本低廉——本发明产品的消耗品铝电极板可直接使用废旧铝金属熔化浇铸，成本 低廉。2，制作简易一一本发明产品仅由电极板、浮箱两个模块组成，结构简单、制造简
易ο3，工作可靠——本发明产品结构紧凑，浮箱独立分格，解决了箱体因破裂渗水沉 没的问题；同时因为产品悬浮浸泡于水中，几乎不受日光照射和潮汐涨落、波浪起伏的影 响，工作稳定可靠。4，适应性强——产品不但可以在含盐浓度高的海域中使用，而且可在一切具有氯 化钠(NaCI)、氯化钾(KGI)等金属盐成分的海域、水域、井水甚至是箱桶中使用。5，使用时间长——产品在海水中的连续工作时间可达半年到一年，所消耗的只是 作为负极活泼材料的铝金属和作为电解质溶液的海水。由于海水在自然界取之不尽，故用 户只需配备足够的铝电极板，即可多次反复使用，单机寿命长达六年以上。6，应用范围广——产品除了单机可用作一定量的照明、信号电源之外，多个单机 有序组合可形成规模宏大的发电阵列，广泛应用于海上作业、海水养殖、海上救生、海上航 运、海上娱乐等行业，以及适应抗灾防灾、野外应急、无线定位等使用需要。另外，本发明产品还有使用简单、工作环境安静，工作效率高等特点，市场空间广 阔，具有极高的经济附加价值和社会价值。下面，结合一实施例及附图，对本发明作进一步说明。
图1，是本发明一实施例的结构组织图。图2，是本发明一实施例产品的全剖示意图。图3，是本发明一实施例产品的电极板示意图。图4，是本发明一实施例产品的电极模块零件示意图。 图5，是本发明一实施例产品的浮箱模块零件示意图。图6，是本发明一实施例产品装配成型后的立体示意图。
具体实施例方式本发明作为一项产品技术方案，通过相应模块的组合，可得到具体实施，产品中的 组织结构如图1所示。图1中，本发明所述的盘旋式海水电池，由定位栓、电极、浮筏三个模块组成；不同 的模块又包含着不同的部件，其中
电极模块——包含石墨电极组、铝电极组、连接线组三个部件。 浮箱模块——包含浮箱、维护罩两个部件。产品中每个部件，均包含着若干种零件；某些关键零件，又包含若干个关键的组成 部分，其中
石墨电极组部件包含着石墨板材和铜帽两种零件；每个石墨板材零件包含着石墨 板、定位槽、吊装孔三个组成部分。 铝电极组部件包含着多个铝型材零件，每个铝型材零件包含着铝型材板、限位 槽、吊装孔三个组成部分。 连接线组部件包含着电极连接线、连接螺丝、电流引出线、接线柱四种零件。 浮箱部件包含着箱体、栅闸板、箱体顶板、紧固螺丝、阵列定位销五种零件，箱体 顶板又包含着顶板、维护口、顶板封口扣三个组成部分。 维护罩部件包含罩盖、防水垫圈两种零件，罩盖零件包含罩盖顶板、罩盖封口 扣、罩盖把手三个组成部分。各个零件在实施例产品结构中的相互方位关系如图2所示。图2中，海水电池由栅闸板(1)、石墨板(2)、铝型材板(3)、箱体(4)、顶板(5)、接 线柱(6)、电流引出线(9)、防水垫圈(10)、罩盖顶板(11)、罩盖封口扣(12)、阵列定位销 (13)、紧固螺丝(14)等零部件组成；其中，石墨板(2)数量比铝型材板(3)数量多一片，将铝 型材板(3)夹峙在中间，并定距间插在栅闸板(1)中。石墨板(2)与铝型材板(3)均是组成电极模块的基础零件，它的优劣，直接影响到 产品发电功率的大小、工作时间的长短、以及运行成本的高低；它们的形状如图3所示。在图3中，石墨板(2)与铝型材板(3)均是圆角长方体，上端两角均设置吊装孔 (17)，不同的是，铝型材板(3)设置的限位槽(19)是二条，分别沿型材板最宽两侧立面中心 线垂直而下，且限位槽水平截面为梯形或圆角矩形，长宽比例为1/10至1/20，宽度为型材 宽度的2/5至1/5 ；而石墨板(2)设置的定位槽(16)是三条，其中二条定位槽在板材最宽立 面夹中心线垂直而下，剩下一条定位槽在板材相对立面沿中心线垂直而下，且定位槽水平 截面呈半圆形；另外，石墨板(2)还加盖石墨板(2)水平截面形状相适配的铜帽(18)。在本实施例中，石墨板材与铜帽(18)结合，可形成石墨电极片；三片或三片以上的石墨电极片，就可组成石墨电极组；而单一的铝型材板(3)，本身就可形成铝电极片，二 片或二片以上的铝电极片，就可组成铝电极组；在同一电极模块中，铝电极片数量永远比石 墨电极片数量少一片，以被间隔夹峙在石墨电极组内部之中。本实施例的电极模块形态那图4所示。
在图4中，多片石墨板(2)与相应数量的铜帽(18)组合成石墨电极组，多片铝型 材板(3)组合成铝电极组；再通过电极连接线(20)、连接螺丝(15)、接线柱(6)、电流引出线 (9)的配合，组成了整个电极模块。在实施例中，电极模块被承载在浮箱模块中，并接受浮箱模块的约束和固定。浮箱模块，是实施例中用于漂浮产品的装置，它可使产品不致于完全沉没在海水 之中，同时可保护电极模块的正负极接线柱免受海浪袭击受潮而引发短路；浮箱模块的组 成结构如图5所示。图5中，浮箱模块由栅闸板(1)、箱体(4)、箱体顶板、阵列定位销(13)、紧固螺丝 (14)、罩盖、防水垫圈(10)七个零件组成；其中，箱体顶板零件由着顶板(5)、维护口(21)、 顶板封口扣(7)三个部分组成，罩盖零件由罩盖顶板(11)、罩盖封口扣(12)、罩盖把手(8) 三个部分组成。从各个零件所发挥的作用来看箱体(4)箱体顶板、阵列定位销(13)、紧固螺丝 (14)配合，可形成密封的中空体，起着漂浮产品的作用；再与栅闸板(1)配合、形成电极模 块的浮箱部件，起着承载、分隔、约束、固定电极片的作用；由罩盖与防水垫圈(10)组成的 维护罩部件，起着保护电极组电流线路的作用，同时用于方便电极板的维护和更换。在浮箱模块中，栅闸板(1)外观呈栅格阵列框架结构，从前、后、左、右、下五个方向 约束着电极模块的位置；栅闸板(1)内部的栅格孔，形态与所安插的电极板形态相适配，起 着限定电极板位置、间隔电极板之间距离的作用，间隔距离为石墨板材厚度的1至2倍。在浮箱模块中，维护罩部件中的罩盖封口扣部位，可与浮箱部件中的顶板封口扣 部位相配合，形成封闭浮箱箱体的开合机构。用户在实施过程中，可将电极模块装配到相应规格的浮箱模块中，形成承载与被 承载、约束与被约束的物理方位关系，即可形成实施例产品；本实施例产品的整体外观如图 6所示。实施例产品产生电流的机制是海水中的氯化钠溶液(或其他金属盐溶液)是电解 质，能在两个电极板中连成一个通路。当实施例产品置于海水中或其他含有金属盐的溶液 中时，海水或其他金属盐溶液使铝电极板逐渐氧化腐蚀溶解，释放出电子，形成负极；而从 铝电极板释放的电子，则通过海水或其他金属盐溶液流向石墨电极板，使石墨电极板获得 电子而成为正极；当石墨电极板与铝电极板之间的正负极电动势形成了电位差时，就产生 了电流，再通过电极连接线流向接线柱，流向电流引出线；当用户使用外电路接驳到产品的 电流引出线时，就可以获得源源不断的、可供实际使用的电能。在一般的氧化还原反应中，由于电解质溶液的浓度会渐渐趋近饱和状态，因而使 反应渐渐停止；而本实施例产品的使用过程中，由于海水会不断被冲刷更新，其浓度永远不 会呈饱和状态，因而其电化学反应就一直进行下去，直到铝电极板被腐蚀殆尽为止。在实施例产品的电化学反应过程中，铝电极板既作为电极，又作为燃料。说它是电 极，是因为装置中的负极电流通过它源源不断地向外流出；说它是燃料，是因为它在化学能转换为电能的过程中，一点一滴地被氧化消耗殆尽，直到被溶解消失到浩瀚无际的汪洋之 中。正因为如此，用户只需根据实际消耗情况，及时更换产品中的铝电极板，就可以几 乎无限制地将本发明产品循环使用下去。另外，用户如通过阵列定位销将多个实施例产品阵列起来，串联或并联各个产品 所发生的电流，即可产生较高电压或较强电流，形成大规模的发电场。
本发明在实施过程中，可以根据实际情况灵活设计出模块的具体形状和具有规格，并 通过各种不同规格模块的有机组合，形成多种实施方案，从而开拓出千姿百态的产品，造就 广阔的市场空间。
权利要求
一种栅闸式海水电流发生器，由电极、浮箱两个模块组成，其特征是电极模块垂直悬挂于浮箱模块正中下方，定距安插于浮箱模块的栅闸板中，与浮箱模块形成约束与被约束、定位与被定位的关系。
2.根据权利要求1所述的海水电流发生器，其特征是所述的电极模块，由石墨电极 组、铝电极组和连接线组三个部件组成。
3.根据权利要求2所述的海水电流发生器，其特征是所述电极模块中的石墨电极组， 由三片以上的石墨板材与相应数量的铜帽组成；其中，铜帽紧扣在石墨板材的上方，作为石 墨电极的电流引出端。
4.根据权利要求2所述的海水电流发生器，其特征是所述石墨电板组中的石墨板材， 其水平截面为圆角矩形，长宽比例为1/10到1/30 ；石墨板材上端立面，设二吊装孔，呈左 右角分布状态；石墨板材长边一侧立面，沿垂直中心线设一定位槽；相对侧立面，设二定位 槽，该定位槽沿垂直中心线呈左右对称分布状态。
5.根据权利要求2所述的海水电流发生器，其特征是所述电极模块中的铝电极组，由 二片以上的铝型材板组成，其数量比石墨板材数量少一片；单片铝型材板水平越是呈圆角 矩形，长宽比例为1/10到1/50 ；铝型材板上端立面，设二吊装孔，呈左右角分布状态；铝型 材板长边两侧立面，各沿垂直中心线设一限位槽；限位槽水平截面为梯形或圆角矩形，长宽 比例为1/10至1/20，宽度为铝型材板宽度的2/5至1/5。
6.根据权利要求2所述的海水电流发生器，其特征是所述电极模块中的连接线组，由 电极连接线、连接螺丝、电流引出线、接线柱4个部件组成，其中，电极连接线分别用于连接 石墨电极组、铝电极组的电流输出端，连接螺丝用于固定电极连接线与各电极组之间的连 接，电流引出线通过接线柱将各电极组产生的电能引向外电路。
7.根据权利要求1所述的海水电流发生器，其特征是所述的浮箱模块，由浮箱和维护 罩二个部件组成；其中，浮箱部件由箱体、栅间板、箱体顶板、紧固螺丝、阵列定位销五种零 件组成；箱体顶板包含顶板、维护口、顶板封口扣三个部分。
8.根据权利要求7所述的海水电流发生器，其特征是所述浮箱模块中的栅间板，外观 呈栅格阵列框架结构，栅格孔形状与电极板形态相适配，起着固定、隔离电极板的作用，隔 离距离为石墨板材厚度的1至2倍。
9.根据权利要求7所述的海水电流发生器，其特征是所述浮箱模块中的维护罩部件， 由罩盖和防水垫圈两个零件组成；其中的罩盖零件，包括罩盖顶板、罩盖封口扣、罩盖把手 三个部分；罩盖封口扣可与浮箱部件中的顶板封口扣相配合，形成封闭浮箱箱体的开合机 构。
10.根据权利要求1至权利要求9共同所述的海水电流发生器，其特征是电极模块与 浮箱模块之间的物理方位关系，是承载与被承载、约束与被约束之间的关系，电极模块中的 石墨电极板与铝电极板，定距间隔安插在浮箱模块的栅间板之中，在作为电解质溶液的海 水作用下，石墨电极板产生正极电流通过电极连接线流向正极接线柱，铝电极板产生负极 电流通过电极连接线流向负极接线柱，再分别通过电流引出线流向外电路，形成产品产生 电能的发电机制。
全文摘要
本发明涉及一种利用海水作为电解质溶液的电流发生装置，尤其是涉及一种使用栅闸式结构的海水电池。本发明产品由电极模块、浮箱模块组成，使用价格低廉的石墨板材为电池正极，使用分子活动活泼的铝型材板为电池负极，浮箱设置为多格封闭的密封体，最大程度地降低产品的生产成本和运行成本，最大可能地提高产品的运行效率和维护效率，具有造价低廉、工作可靠、维护简便、适应性强、使用时间长、应用范围广等特点，可广泛应用于海上作业、海上航运、海上娱乐等行业，以及适应在抗灾防灾、野外应急、无线定位等场合的使用，具有广阔的市场应用前景和较高的经济实用价值。
文档编号H01M6/34GK101841047SQ20101020481
公开日2010年9月22日 申请日期2010年6月20日 优先权日2010年6月20日
发明者钟明华 申请人:钟明华