专利名称：一种铝、镁合金燃料电池的阳极密封装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及铝、镁合金燃料电池的密封装置，具体涉及一种铝、镁合金燃料电池的 阳极密封装置。
背景技术：
众所周知，电是人们生活中的主要能源之一，燃料电池是将化学能直接转换为电 能和热能的新型电池，其与常规电池的不同之处在于，只要有燃料和氧化剂供给，就会有持 续不断的电力输出。它因能量转换效率高、无污染、启动快、电池寿命长、比功率、比能量高 等优点，而在固定发电系统、现场用电源、分布式电源、空间飞行器电源及交通工具用电源 方面有广阔的应用前景。而与传统电池相比，燃料电池的能量至少要高10倍。目前燃料电 池主要包括碱性燃料电池磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池、固态氧化次燃料电池、质子 交换膜燃料电池、直接甲醇燃料电池等，不管何种燃料电池，其结构中都必然包括阳极、阴 极和位于阳极和阴极之间的电解质。
例如锌空气燃料电池，采用锌合金为阳极，氢氧化钾(KOH)为电解质，在使用过一 段时间后，阳极板完全反应，必须将该反应完成的阳极板予以更换，以使该锌空气电池能维 持供电的状态。然而，现有的燃料电池，阳极是不能更换的，当阳极完全反应完了，整个燃料 电池也就没用了，除非对燃料电池进行充电，使阳极还原，这就与电池是输出电能的动力源 相违背了。
公开号为CN 2593376，
公开日为2002年11月4日，公开了一种金属空气燃料电池 的锌匣补给更换装置，其包括有一箱体；一锌匣储料槽，供储放复数个锌匣，其底部开设有 一锌匣送出槽口 ；一电池导入机构，配置在该箱体的接收及准备区，且承置一送入的金属空 气燃料电池，并该金属空气燃料电池移送至该锌匣储料槽的锌匣送出槽口下方。由于该技 术用于锌空燃料电池，结构复杂，其具体结构和原理、反应都与铝、镁合金燃料电池千差万 别，故该方案并不适用于铝、镁合金燃料电池。并且一般燃料电池所用电解液或者是酸，或 者为碱，电解液一旦泄漏，会造成腐蚀及环境污染。
申请人之前申请过公开号CNlO 1(^6255，
公开日2007年8月四日，发明名称为改 性铝、镁合金燃料电池的发明专利申请，但包括该申请在内的其它铝、镁合金燃料电池并未 公开可以更换燃料的方案，故也更没有提及更换燃料后的防止电解液泄漏的密封结构。发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种结构简单、装拆方便、经久耐用、可 有效防止电解液泄漏的可更换燃料的铝、镁合金燃料电池的阳极密封装置。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下一种铝、镁合金燃料电池的阳极 密封装置，包括壳体、阳极固定板以及设于壳体一侧的阳极插口，所述的阳极固定板安装于 阳极插口上且阳极固定板的大小与阳极插口相配；其特征在于所述的阳极密封装置还包 括限位片以及棍式弹簧；3
所述限位片设于阳极插口外侧的两端，所述限位片上设有第一凹槽、第二凹槽以 及限位凸起，所述第一凹槽的一端开口，另一端与第二凹槽连通，所述限位凸起设于第一凹 槽与第二凹槽末端的连接处，所述的两限位片相对放置；
所述棍式弹簧由第一持力部、第二持力部、第三持力部、第四持力部、第五持力部 及第六持力部构成；第一持力部的一端与第二持力部的一端连接，第二持力部的另一端与 第三持力部的一端连接，第三持力部的另一端与第四持力部的一端连接，第四持力部的另 一端与第五持力部的一端连接，第五持力部的另一端与第六持力部的一端连接，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过第六持力部的几何 中心并与第六持力部垂直的垂线作为对称轴，对称地设置在第六持力部的另一端；所述的 第一持力部、第二持力部、第三持力部设于同一平面上，且第一持力部与第三持力部平行； 所述的第五持力部、第六持力部设于同一平面上，且第五、六持力部的平面与第一、二、三持 力部的平面所形成的夹角处于80-90°之间；第四持力部与第一、二、三持力部的平面所形 成的夹角为锐角且第四持力部与第五、六持力部的平面所形成的夹角为钝角且第四持力部 与第五、六持力部的平面所形成的夹角为钝角；第五持力部与第一、二、三持力部的平面所 形成的夹角处于40-50°之间；
所述棍式弹簧的两个第一持力部分别设于两限位片的第二凹槽上，所述限位片的 第一凹槽的宽度与第一持力部相配。
优化的，所述的第一持力部、第二持力部及第四持力部的长度相等；第三持力部与 第五持力部的长度均大于第一持力部的长度。
优化的，所述的阳极密封装置还包括弹性密封垫圈，所述阳极插口的边缘设有垫 圈凹槽，所述的弹性密封垫圈设于垫圈凹槽上；所述阳极固定板的内侧设有凸条，所述凸条 的大小与阳极插口相配；所述阳极固定板的内侧还设有环形凸棱，所述环形凸棱的大小与 弹性密封圈相配。
优化的，所述的阳极固定板由绝缘材料制成。
所述壳体包括附有空气电极板的电化学反应腔、金属电极板、上电解液腔、下电解 液腔；所述上电解液腔顶端设有上端盖；所述电化学反应腔分别设于上电解液腔的下端、 下电解液腔的上端，且电化学反应腔分别与上电解液腔、下电解液腔相互连通；所述的阳极 插口设于电化学反应腔上；所述金属电极板的一端设有串并联导电端子，所述的串并联导 电端子固定于阳极固定板上。
优化的，所述阳极固定板与金属电极板之间留有间隙。
优化的，所述的下电解液腔设有下端盖。
优化的，所述阳极插口设于电化学反应腔的一侧面的中部位置。
优化的，所述串并联导电端子的数量为二，所述串并联导电端子与金属电极板的 连接方式为铆接。
优化的，所述电化学反应腔的正面及背面均设有阴极固定隔栅，所述阴极固定隔 栅由绝缘材料制成，所述阴极固定隔栅上设有凸起。
优化的，所述上、下电解液腔的正面及背面均设有凹孔及凸柱，所述凹孔与凸柱相互配合。
优化的，所述上电解液腔的外表面设有条形凸棱。
本发明与现有技术相比，阳极密封装置在技术性能上体现出综合优势，具体表现 在
1、由棍式弹簧与限位片组成独特的密封结构，可有效地把阳极固定板牢牢地固定 在阳极插口上，再配以阳极插口处的弹性密封垫圈及阳极固定板内侧的环形凸棱，加强了 密封效果，从而有效的防止电解液泄漏，在很大程度上提高了具有可更换燃料结构的铝、镁 合金燃料电池的安全性、稳定性及使用寿命；
2、棍式弹簧具有独特的多段式结构，具有装拆极方便、经久耐用的优点，不管在安 装还是使用过程中，都巧妙的躲过串并联导电端子，避免了弹簧与串并联导电端子短接的 危险，而且这一种独特的多段式结构还可以使阳极固定板均勻受力，棍式弹簧的结构简单， 完全靠单手即可操作。
图1为本发明实施例的安装示意图。
图2为本发明实施例的金属电极板及其阳极固定板的背面结构示意图。
图3为本发明实施例的密封装置的装配示意图。
图4为本发明实施例的棍式弹簧结构示意图。
图5为本发明实施例的限位片的结构示意图。
具体实施方式
如图1和2所示，一种铝、镁合金燃料电池的阳极密封装置，包括壳体、阳极固定板 11以及设于壳体一侧的阳极插口 7，所述的阳极固定板11安装于阳极插口 7上且阳极固定 板11的大小与阳极插口 7相配，即阳极插口 7可被阳极固定板11密封起来，所述的阳极固 定板11由绝缘材料制成。所述壳体包括附有空气电极的电化学反应腔1、金属电极板2、上 电解液腔3、下电解液腔4。本实施例的电化学反应腔1与金属电极板2的制作材料均采用 申请号为200710073300.2的“改性铝、镁合金燃料电池”中的相对应结构的材料，即所述的 金属电极板2为改性铝、镁合金阳极，电化学反应腔1为空气电极，而使用时，电化学反应腔 1及上电解液腔3、下电解液腔4内充满的电解液为含盐的中性电解液。
所述的上电解液腔3顶端设有上端盖5，用于添加电解液和使用时对流散热；上电 解液腔3的正面及背面均设有凹孔32及凸柱31，而且凹孔32及凸柱31可相互配合，即多 个的燃料电池可通过这种凹凸结构组装结合起来，成为电池组；所述的上电解液腔3的正 面及背面还设有具有散热功能的条形凸棱33，从而延长燃料电池的使用寿命。
所述的下电解液腔4的底部设有下端盖6，用于排放反应后的残渣液；下电解液腔 4的正面及背面也设有与上电解液腔3功能相同的凹孔及凸柱。
所述的电化学反应腔1设于上电解液腔3与下电解液腔4之间，而且电化学反应 腔1分别与上电解液腔3、下电解液腔4相互连通；所述的阳极插口 7设于电化学反应腔1 上，且阳极插口 7设于电化学反应腔的一侧面的中部位置，所述阳极插口 7的开口大小与金 属电极板2相配，即金属电极板2可以通过阳极插口 7进入电化学反应腔1内，并且位于电 化学反应腔1的中部，从而使金属电极板2两面都可以与电解液充分接触，从而提高化学反 应效率和使用效率；所述金属电极板2的一端设有串并联导电端子10，所述串并联导电端子10与金属电极板2的连接方式为铆接；所述串并联导电端子10的数量为二，即单个的 铝、镁合金燃料电池可根据实际情况进行串联、并联或串并联使用，二个串并联导电端子10 接线更方便，截面积更大。所述电化学反应腔1的正面及背面对称地设置有阴极固定隔栅 14，所述阴极固定隔栅14由绝缘材料制成，所述阴极固定隔栅14上设有凸起141，当多个本 实施例的燃料电池组合使用时，凸起141可保证燃料电池之间的距离，从而防止了电池组 合使用时电化学反应腔1短接的情况出现，即杜绝了阴极短接的危险，并保证有效的空气 流动空间。
所述的阳极密封装置还包括限位片12、棍式弹簧13以及弹性密封垫圈9。
如图3和5所示，所述限位片12包括上限位片(图上未画出)、下限位片，上限位 片设于上电解液腔3的下端，下限位片设于下电解液腔4的上端，即所述的限位片12设于 阳极插口 7外侧的两端，且上限位片、下限位片相对放置，即上限位片处于下限位片的正上 方；所述限位片12上设有第一凹槽121、第二凹槽122以及限位凸起123，所述第一凹槽121 的一端开口，另一端与第二凹槽122连通，所述限位凸起123设于第一凹槽121与第二凹槽 122末端的连接处；
如图4所示，所述棍式弹簧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构成；第一持力部131的一端与第 二持力部132的一端连接，第二持力部132的另一端与第三持力部133的一端连接，第三持 力部133的另一端与第四持力部134的一端连接，第四持力部134的另一端与第五持力部 135的一端连接，第五持力部135的另一端与第六持力部136的一端连接，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以通过第六 持力部136的几何中心并与第六持力部136垂直的垂线作为对称轴，对称地设置在第六持 力部136的另一端，即第六持力部136的另一端也相应地设置有第五、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设于同一 平面上，且第一持力部131与第三持力132部平行，即第一、三持力部131、132并不重合，且 由第二持力部132连接在一起；所述的第五持力部135、第六持力部136设于同一平面上， 且第五、六持力部135、136的平面与第一、二、三持力部131、132、133的平面相互接近垂直 但并不垂直，即两平面形成的夹角宜为80-90°之间；第四持力部134与第一、二、三持力部 131、132、133的平面所形成的夹角为锐角且第四持力部134与第五、六持力部135、136的平 面所形成的夹角为钝角；第五持力部135与第一、二、三持力部131、132、133的平面所形成 的夹角为40-50°之间，最适宜为45° ；所述的第一持力部131、第二持力部132及第四持 力部134的长度基本相等，宜为相等；第三持力部133与第五持力部135的长度均远大于第 一持力部131的长度；
所述棍式弹簧13的两个第一持力部131分别设于上、下限位片的第二凹槽上122， 所述限位片12的第一凹槽121的宽度与第一持力部131相配，即第一持力部131可在第一 凹槽121上滑行。
即棍式弹簧13通过以上的结构设置，可以使第四持力部134有以第三持力部133 为旋转轴旋转的运动趋势，第二持力部132有以第三持力部133为旋转轴旋转的运动趋势， 且第四持力部134的旋转趋势与第二持力部132的旋转趋势相反。
为了进一步加强密封性能，防止电解液的泄漏，所述阳极插口 7的边缘设有垫圈凹槽8，所述的弹性密封垫圈9设于垫圈凹槽8上；所述串并联导电端子10固定于阳极固 定板11上，由于所述的阳极固定板11的大小与阳极插口 7相配，即阳极固定板11可以完 全覆盖弹性密封垫圈9 ；所述阳极固定板11的内侧设有凸条112，所述凸条112的大小与阳 极插口 7相配；所述阳极固定板11的内侧还设有环形凸棱111，所述环形凸棱111的大小 与弹性密封圈9相配；
本实施例的使用方法非常简单，先把金属电极板2插入电化学反应腔1内，然后把 棍式弹簧13的其中一个第一持力部131直接插入其中一个限位片12的第二凹槽122中，而 且使另外一侧的第一、二、三持力部131、132、133所形成的平面基本垂直于阳极固定板11 的外侧，此时，已插入限位片12第二凹槽122中的第一持力部131最靠近阳极固定板11，因 此，需把棍式弹簧13的另一个第一持力部131通过另一个限位片12的第一凹槽121的开 口进入第一凹槽121并沿着第一凹槽121进入第二凹槽122，此时，第五、六持力部135、136 刚好位于串并联导电端子10的正外侧，此时，需用手牵引第六持力部136，并且以基本垂直 于第六持力部136的轴向方向的方向施力，则棍式弹簧13的第一持力部131就会沿着限位 片12的第二凹槽122的内壁向第二凹槽122末端旋转，此时，其余各持力部均以第三持力 部133为转轴并向阳极固定板11外侧平面边旋转边靠近，直至第三、六持力部133、136均 压住阳极固定板11的外侧，而此时，第一持力部131虽有继续沿第二凹槽122内壁旋转的 趋势，但被卡掣在末端的限位凸起123上。如图3所示，装配好的棍式弹簧13的第三、六持 力部133、136都紧压在阳极固定板11上，即原本不在同一平面的第三、六持力部133、136 因受到弹性应变作用，形变成紧贴阳极固定板11表面，而且此时，整个棍式弹簧13的受力 情况为，第五、六持力部135、136所形成的平面有往远离串并联导电端子10—侧旋转的运 动趋势，第五、六持力部135、136的平面的转轴为第三持力部133，则此时，所有持力部都受 到扭曲作用，并且第一、二、四持力部131、132、134还受到弯曲作用，保证了整个棍式弹簧 13结构的稳定性，同时第五、六持力部135、136还能够绕开串并联导电端子10，避免了短接 危险，也能够使阳极固定板11的表面都均勻受力，加强了弹性密封垫圈9、垫圈凹槽8、凸条 112、环形凸棱111之间相互配合而产生的密封效果，即安装棍式弹簧13后，可以把金属电 极板2牢牢地固定于电化学反应腔1的中部内；然后打开上端盖5，往电解液腔内添加电解 液；最后，金属电极板的串并联导电端子10作为负极，电化学反应腔1的空气电极板作为正 极，接入电路即可使用。若实际情况需要多个燃料电池组合使用，可以先把多个燃料电池通 过凹凸结构组装在一起，然后按照串联、并联或串并联方式把单个的燃料电池组装并连接， 接入电路即可使用。
当燃料电池的燃料耗尽时，只需先打开下端盖6，排出反应后的残渣液；然后关闭 下端盖6 ；接着把棍式弹簧13取出，抽出反应完全的金属电极板2，插入新的金属电极板2， 再安装棍式弹簧13 ；最后，打开上端盖5，添加适量的电解液，使电解液充满整个电化学反 应腔1，或加至电解液也充满上电解液腔3，从而使金属电极2的两侧与电解液充分接触，关 闭上端盖5，即可使燃料电池重新投入使用，产生电能。
以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式
的一种，本领域技术人员 在本发明方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。
权利要求
1.一种铝、镁合金燃料电池的阳极密封装置，包括壳体、阳极固定板以及设于壳体一侧 的阳极插口，所述的阳极固定板安装于阳极插口上且阳极固定板的大小与阳极插口相配； 其特征在于所述的阳极密封装置还包括限位片以及棍式弹簧；所述限位片设于阳极插口外侧的两端，所述限位片上设有第一凹槽、第二凹槽以及限 位凸起，所述第一凹槽的一端开口，另一端与第二凹槽连通，所述限位凸起设于第一凹槽与 第二凹槽末端的连接处，所述的两限位片相对放置；所述棍式弹簧由第一持力部、第二持力部、第三持力部、第四持力部、第五持力部及第 六持力部构成；第一持力部的一端与第二持力部的一端连接，第二持力部的另一端与第三 持力部的一端连接，第三持力部的另一端与第四持力部的一端连接，第四持力部的另一端 与第五持力部的一端连接，第五持力部的另一端与第六持力部的一端连接，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过第六持力部的几何中心 并与第六持力部垂直的垂线作为对称轴，对称地设置在第六持力部的另一端；所述的第一 持力部、第二持力部、第三持力部设于同一平面上，且第一持力部与第三持力部平行；所述 的第五持力部、第六持力部设于同一平面上，且第五、六持力部的平面与第一、二、三持力部 的平面所形成的夹角处于80-90°之间；第四持力部与第一、二、三持力部的平面所形成的 夹角为锐角且第四持力部与第五、六持力部的平面所形成的夹角为钝角且第四持力部与第 五、六持力部的平面所形成的夹角为钝角；第五持力部与第一、二、三持力部的平面所形成 的夹角处于40-50°之间；所述棍式弹簧的两个第一持力部分别设于两限位片的第二凹槽上，所述限位片的第一 凹槽的宽度与第一持力部相配。
2.如权利要求1所述的一种铝、镁合金燃料电池的阳极密封装置，其特征在于所述的 第一持力部、第二持力部及第四持力部的长度相等；第三持力部与第五持力部的长度均大 于第一持力部的长度。
3.如权利要求1所述的一种铝、镁合金燃料电池的阳极密封装置，其特征在于所述的 阳极密封装置还包括弹性密封垫圈，所述阳极插口的边缘设有垫圈凹槽，所述的弹性密封 垫圈设于垫圈凹槽上；所述阳极固定板的内侧设有凸条，所述凸条的大小与阳极插口相配； 所述阳极固定板的内侧还设有环形凸棱，所述环形凸棱的大小与弹性密封圈相配。
4.如权利要求1所述的一种铝、镁合金燃料电池的阳极密封装置，其特征在于所述的 阳极固定板由绝缘材料制成。
5.如权利要求1-4任一项所述的一种铝、镁合金燃料电池的阳极密封装置，其特征在 于所述壳体包括附有空气电极板的电化学反应腔、金属电极板、上电解液腔、下电解液腔； 所述上电解液腔顶端设有上端盖；所述电化学反应腔分别设于上电解液腔的下端、下电解 液腔的上端，且电化学反应腔分别与上电解液腔、下电解液腔相互连通；所述的阳极插口设 于电化学反应腔上；所述金属电极板的一端设有串并联导电端子，所述的串并联导电端子 固定于阳极固定板上。
全文摘要
本发明涉及一种铝、镁合金燃料电池的阳极密封装置，包括壳体、阳极固定板以及设于壳体一侧的阳极插口，所述的阳极固定板安装于阳极插口上且阳极固定板的大小与阳极插口相配；所述的阳极密封装置还包括限位片以及棍式弹簧，而棍式弹簧具有独特而简单的多段式结构，实现了极为方便的徒手操作更换金属电极板的效果，又能保证产品的电解液不会泄漏，即本发明不仅使燃料电池具有燃料可方便地更换的优点，又能使其具有非常良好的密封性能，从而使具有本发明密封结构的燃料电池具有巨大的市场应用前景。
文档编号H01M12/02GK102034944SQ201010525689
公开日2011年4月27日 申请日期2010年10月27日 优先权日2010年10月27日
发明者张学国, 施建, 石辉, 程炳烨, 马润芝 申请人:张学国, 施建, 石辉, 程炳烨, 马润芝