专利名称：可持续供电的流体盐差电池的制作方法
技术领域：
本发明属于新型盐差电池的设计及制备方法，具体涉及的是一种将盐差和流动的电解质的盐溶液联合在一起的具有高效、清洁、可持续等优点的新型可持续供电的流体盐差电池。
背景技术：
能源对于人类社会的生存和发展起着至关重的作用，然而传统化石能源的有限及燃烧后的生成物对环境的污染使可再生新能源的开发备受关注。新能源如太阳能、潮汐能、 风能、海洋能及生物质能由于具有清洁、可再生、分布广泛及储量巨大等许多无可比拟的优势而备受能源界的关注、开发及利用。海洋虽然占有陆地面积巨大但受限于位置及技术等原因目前还没有很好的被开发、利用。如果设计一种电池能将海水盐差和持续供应盐溶液两者有机地结合在一起制备出新型可持续供电的流体盐差电池，并使其能够规模化开发和使用，该新型可持续供电的流体盐差电池定能成为本世纪乃至未来规模开发和使用的可再生清洁能源。基于以上思路，本发明设计将盐溶液和具有持续供应电解质的盐溶液的电化学池联合在一起，设计并制备出一种新型可持续供电的流体盐差电池，该电池具有清洁、可再生、经济适用性强及不受空间位置限制的能够被广泛使用的新型环保电池。
发明内容
本发明的一个目的是为了解决不可再生一次能源的短缺问题以及燃烧后又对环境造成二次污染的问题，提供一种利用廉价的盐溶液利用其溶液中离子的扩散方向和速度的不同制备可再生清洁环保电池的方法。本发明的另一个目的是提高传统一次能源效率不高及产生能源不可再生的问题。一种新型可持续供电的流体盐差电池的设计及制造方法，涉及的是一种将持续供应的电解质溶液和盐差联合在一起而制备的新型盐差电池。该新型可持续供电的流体盐差电池由以下四部分所组成含有电解质注入口和电解质流出口的电化学池、半透膜、电解质溶液以及电极。就此电化学池的结构特征而言，它是由一个容器组成，该容器中间以隔膜分成体积相等的二部分容器，分别为容器一和容器二，其中，要求浓度大的溶液盛放在容器一中，容器二中盛放纯水溶液。此电化学池所用的隔膜为半透膜，其原理示意图如说明书附图 1所示。容器一和容器二 I以半透膜“4”隔开，此半透膜只允许溶液中的金属阳离子透过而阴离子不能透过，扩散后的阴、阳离子在半透膜的两侧形成电位差，利用该电位差形成电池。由于容器一和容器二中的溶液处于不断流动状态，因此膜两侧始终保持较高的浓度差， 该电解质溶液的持续供应是保持电流恒定和持续的保证和基础。电极采用的是化学稳定性极高的钼电极。本新型可持续供电的流体盐差电池特点是，不受外界动力和能源的束缚，仅用依靠不同电解质的浓度梯度就可以持续发电，不受空间限制，其应用前景非常广阔。所用的半透膜如功能化的聚对苯二甲酸乙二醇酯膜，聚酰亚胺膜，聚碳酸酯膜，
4聚苯乙烯膜，聚乙烯膜，聚氯乙烯膜，聚丙烯膜等在内的一切阳离子选择性透过的半透膜。所用的电解质为NaCl，CuSO4, FeNO3等可溶性的盐酸盐溶液、可溶性的硫酸盐溶液和可溶性的硝酸盐溶液并且要求金属阳离子的半径要小于阴离子的半径。本新型可持续供电的流体盐差电池能够有效地解决工农业生产中的大量的电力紧张以及根本无电的边疆和山区的用电问题，只要有可溶性的盐溶液，在其流经半透膜时就可以发生阳离子的选择性的透过而发电。我们确信，该新型可持续供电的流体盐差电池在工农业生产和人们生活水平的提高中有关能源问题的解决上定会起到一个有力的保障作用。本新型可持续供电的流体盐差电池的特点是，不受外界动力和能源的束缚，仅利用不同浓度的电解质溶液就可以发电。且不受空间限制，应用前景非常广阔。本申请所涉及的新型可持续供电的流体盐差电池，是利用流动的不同浓度的电解质分子产生的浓度梯度进行发电，与传统的盐差电池相比，供电时间有很大延长，理论为无限长时间。本新型可持续供电的流体盐差电池在新能源的开发方面更加具有创新性和应用价值。发明效果利用流动电解质溶液中离子的浓度梯度并结合利用半透膜离子扩散原理形成电势差，经外电路直接产生电能而制成新型电池，其经济性，环保性，可再生性效果好。由于流动的电解质溶液不断地供应离子的浓度梯度，所以使产生电流恒定且能不断向外输出。可应用于工业、农业、国防、交通、科研以及民用等行业。特别对于偏远的电力设施不很完备的地区使用该电池更有现实意义。通过以上分析及可行性论证可知，本发明设想将持续供应不同浓度的电解质溶液用于制备新型可持续供电的液体盐差电池具有来源广泛、清洁、可再生等特性，故本发明的确具有产业上的利用价值。
图1.本新型可持续供电的流体盐差电池的原理示意图图2.本发明实施例中所用的半透膜的SEM照片附图标记1.容器I 2.容器II 3.钼电极4.半透膜5.电解质注入口6.电解质流出口。
具体实施例方式实施例1.请参见图1。可持续供电的流体盐差电池包括作为电化学池的包含电解质注入口和电解质流出口的容器、只允许阳离子透过而不允许阴离子透过的半透膜4、电解质溶液 NaCl以及钼电极3。所述的只允许阳离子透过而不允许阴离子透过的经过胺化的聚对苯二甲酸乙二醇酯半透膜与容器的四个内壁密封相连接，并且该半透膜将所述的密闭容器分成体积相等的第一容器和第二容器，此容器由聚四氟乙烯材料制成。在第一容器中盛放的含有IM NaCl的水溶液，在第二容器中盛放有水。所述的IM NaCl的水溶液是将NaCl分子溶解在水中而配制。所述的被胺化的聚对苯二甲酸乙二醇酯半透膜分离成的两部分容器的上下分别含有一个电解质溶液的注入口和流出口，而其余容器部分则密封。在第一容器中设置的电极为钼阳极；在第二容器中设置的电极为钼阴极；所述的钼阳极和钼阴极的导线通向密闭容器外后可与用电器相接。注入电解质前，第一容器与第二容器中皆无电解质溶液，因此无离子自由移动故无金属阳离子在半透膜处进行扩散，此时的电流值为零。向第一容器注入IM NaCl的水溶液同时在第二容器注入纯水之后，第一容器中的钠离子和氯离子的浓度远远大于第二容器的水中的阴离子和阳离子的浓度，从而造成第一容器与第二容器中的阴离子和阳离子的不平衡。如图1所示，第一容器中的部分钠离子在浓度梯度的作用下经半透膜向第二容器扩散， 最后导致半透膜两侧钠离子和氯离子的不平衡，因此在两侧的钼电极就会有电流及电势产生，只要持续加入电解质浓溶液就会有比较恒定的电流产生。实验中所用的电流及电势的测量仪器分别为电流表和电压表。实施例2.请参见图1。可持续供电的流体盐差电池包括作为电化学池的包含电解质注入口和电解质流出口的容器、只允许阳离子透过而不允许阴离子透过的半透膜4、电解质溶液 CuSO4以及铜电极3。所述的只允许阳离子透过而不允许阴离子透过的胺化的聚苯乙烯半透膜与容器的四个内壁密封相连接，并且该半透膜将所述的密闭容器分成体积相等的第一容器和第二容器，此容器由聚四氟乙烯材料制成。在第一容器中盛放的含有2M CuSO4W水溶液，在第二容器中盛放有水。所述的2M CuSO4的水溶液是将CuSO4分子溶解在水中而配制。所述的被半透膜分离成的两部分容器的上下分别含有一个电解质溶液的注入口和电解质的流出口，而其余容器部分则密封。在第一容器中设置的电极为铜阳极；在第二容器中设置的电极为铜阴极；所述的铜阳极和铜阴极的导线通向密闭容器后可与用电器相接。注入电解质前，第一容器与第二容器中无离子自由移动因此无离子在半透膜处进行扩散，此时的电流值为零。当在第一容器注入2M CuSO4的水溶液同时在第二容器注入纯水之后，第一容器里的铜离子和硫酸根离子的浓度远远大于第二容器的水中的阳离子和阴离子，从而造成第一容器与第二容器中的阴离子和阳离子的不平衡。如图1所示，第一容器中的部分铜离子在浓度梯度的作用下经半透膜向第二容器扩散，最后导致半透膜两侧铜离子和硫酸根离子的不平衡，因此在两侧的铜电极就会有电流及电势产生，只要持续加入电解质浓溶液就会有比较恒定的电流产生。实验中所用的电流及电势的测量仪器分别为电流表和电压表。
权利要求
1.一种可持续供电的流体盐差电池，其包括作为电化学池的带有电解质注入口和电解质流出口的容器、只允许阳子透过的半透膜、电解质盐溶液以及电极；其特征是所述的容器中有与容器的四个内壁密封相连接的只允许盐溶液中金属阳离子透过的半透膜，并且该半透膜将所述的容器分成体积相等的第一容器和第二容器，其中，在第一容器中盛放并流经电解质的浓溶液，在第二容器中盛放有水；在第一容器中的设置有阳极或阴极；在第二容器中设置有阴极或阳极；并且第一容器中设置的阳极或阴极的导线通向第一容器外，对应于第二容器中设置的阴极或阳极的导线通向第二容器外。
2.根据权利要求1所述的可持续供电的流体盐差电池，其特征是所述的电极材料是钼电极或与盐溶液中的金属离子相同的金属电极。
3.根据权利要求1所述的可持续供电的流体盐差电池，其特征是所述的第一容器与第二容器的体积比为1 1。
4.根据权利要求1所述的可持续供电的流体盐差电池，其特征是所述的半透膜只允许电解质中的金属阳离子透过，而不允许阴离子透过。
5.根据权利要求1或4所述的可持续供电的流体盐差电池，其特征是所述的半透膜是在膜结构中含有碱性活性基团的半透膜。
6.根据权利要求5所述的可持续供电的流体盐差电池，其特征是所述的含有碱性活性基团的半透膜选自碱性活性基团胺化的聚对苯二甲酸乙二醇酯膜、碱性活性基团胺化的聚酰亚胺膜、碱性活性基团胺化的聚碳酸酯膜、碱性活性基团胺化的聚苯乙烯膜、碱性活性基团胺化的聚乙烯膜、碱性活性基团胺化的聚氯乙烯膜、碱性活性基团胺化的聚丙烯膜所组成的组中的至少一种。
7.根据权利要求6所述的可持续供电的流体盐差电池，其特征是所述的碱性活性基团选自-NR3OH、-NRR2OH, -NH2, -nhr, -NR2中的一种；其中R为脂肪烃取代基或芳香烃取代基出2为2个脂肪烃取代基、2个芳香烃取代基或1个为脂肪烃取代基1个为芳香烃取代基； R3为3个脂肪烃取代基、3个芳香烃取代基、2个为脂肪烃取代基1个为芳香烃取代基、或1 个为脂肪烃取代基2个为芳香烃取代基。
8.根据权利要求1所述的可持续供电的流体盐差电池，其特征是所述的电解质盐溶液的浓度为IM 饱和溶液的浓度。
9.根据权利要求1、4或8所述的可持续供电的流体盐差电池，其特征是所述的电解质盐溶液的分子为可溶性的化合物。
10.根据权利要求1或4所述的可持续供电的流体盐差电池，其特征是所述的电解质分子为可溶性的盐酸盐类、硫酸盐类或硝酸盐类电解质中的一种。
11.根据权利要求9所述的可持续供电的流体盐差电池，其特征是所述的电解质分子为为可溶性的盐酸盐类、硫酸盐类或硝酸盐类电解质中的一种。
12.根据权利要求10所述的可持续供电的流体盐差电池，其特征是所述的可溶性的盐酸盐类电解分子为氯化钠、氯化钾、或氯化镁。所述的可溶性的硫酸盐类电解质分子为硫酸钠、硫酸钾、硫酸亚铁、硫酸铜或硫酸锌。所述的可溶性的硝酸盐类电解质分子为硝酸钠、硝酸钾、硝酸镁、硝酸铜或硝酸锌。
13.根据权利要求11所述的可持续供电的流体盐差电池，其特征是所述的可溶性的盐酸盐类电解分子为氯化钠、氯化钾、或氯化镁。所述的可溶性的硫酸盐类电解质分子为硫酸钠、硫酸钾、硫酸亚铁、硫酸铜或硫酸锌。所述的可溶性的硝酸盐类电解质分子为硝酸钠、硝酸钾、硝酸镁、硝酸铜或硝酸锌。
全文摘要
本发明是设计并制备出新型可持续供电的流体盐差电池，特别涉及的是一种将不同浓度的盐浓液置于带有电解质注入口和电解质流出口的电化学池中，通过盐溶液中阳离子的扩散而将动能转换为电能。此发明是利用流动的电解质盐溶液提供可持续扩散的离子，盐溶液的不断供应是保证产生电流持续和恒定的基础。
文档编号H01M6/34GK102456888SQ20101050879
公开日2012年5月16日 申请日期2010年10月18日 优先权日2010年10月18日
发明者楚天怡 申请人:楚天怡