利用酸液发电的装置及其方法与流程

1.本发明涉及一种利用酸液发电的装置及其方法，特别涉及一种装置简单、材料成本低、可回收废弃酸性液体、及降低废弃酸性液体的酸性强度的利用酸液发电的装置及其方法。


背景技术：

2.目前，学理上常谈论的伏打电池(voltaic pile)是利用两种不同金属电极与电解质接触而产生伏打电源(voltaic source)，最初的伏打电池采用银与锌的金属电极，而会有金属电极的腐蚀损耗以产生电能。电池的装置随着时代需要不断的改进，例如铅酸蓄电池、干电池、水银电池，到现在常用的锂电池等，但是这些电池需利用电极的腐蚀损耗以及利用电解质的反应，不但材料取得成本较高，且皆是损耗有限的地球资源，并造成环境污染以换取电能。
3.水果电池，是一种利用水果的氧化还原反应产生电位差来进行发电的技术。一般而言，水果含有丰富的维生素c而呈现酸性，水果电池的原理即是利用果汁中酸性物质的氢离子，在正极被还原成氢气(氢的标准电极电位为0.00v)，而负极的锌易被氧化(锌的标准氧化电位为0.74v)。因此，以铜片为正极，以锌片为负极时，产生的电位差为0.74v。但水果电池的电流量太小，通常只有几个微安培的大小，且水果内的电解质及组织状态也无法使离子与电子的传输工作在高电流运作下进行，此外，安全性较高的水果电池，其主要的缺点除了电流小之外，因负极产生的氢气仍然会累积在电极表面，而正极的金属则会因为氢离子被腐蚀，因此，由于水果组织无法有效排除氢气及金属腐蚀的问题，都会影响电池的长期使用效能，而造成潜在的危险。
4.故上述电池于使用时，存在下列问题与缺失尚待改进：
5.第一，材料成本较高，且皆属于消耗性的电池，不论是消耗电解质、催化剂、或其他地球资源，都不足以称为有利于环保的电池。
6.第二，水果电池电流太小，难以实际运用，且负极产生的氢气没有适当的排除管道，而正极的金属也容易受酸性腐蚀，而影响发电效果。
7.是以，要如何解决上述现有技术的问题与缺失，即为本发明的发明人与从事此行业的相关厂商所亟欲研究改善的方向所在。


技术实现要素：

8.本发明的发明人有鉴于上述缺失，乃搜集相关资料，经由多方评估及考虑，并以从事于此行业累积的多年经验，经由不断试作及修改，始设计出此种结构简单、材料成本低、可回收废弃酸性液体及降低废弃酸性液体的酸性强度的利用酸液发电的装置及其方法。
9.本发明的主要目的在于：利用低成本的废弃酸性液体发电，同时降低废弃酸性液体的酸性强度，降低其对环境的污染，且以石墨件做为电源正极，可减缓腐蚀问题、稳定电源输出。
10.为达成上述目的，本发明的主要装置包括：至少一容置槽，该容置槽内盛装有至少一废弃酸性液体，该废弃酸性液体内浸泡有至少一作为电源正极使用的石墨件、及至少一作为电源负极使用的金属件，该石墨件与该金属件电性链接有一电力输出组件，以使该废弃酸性液体中的氢离子与该金属件的金属元素产生自发性反应，并藉其电位差输出电力。
11.利用酸性液体会对金属产生自发性反应的原理，将金属件浸泡于废弃酸性液体中进行发电，其中，废弃酸性液体的回收使用属于低成本的材料，且因电源正极为化学性质不活泼的石墨件，故反应后，废弃酸性液体中的氢离子变为氢气飘散于空气中、金属件的金属元素则溶解于废弃酸性液体中，因此，既不对电源正极的石墨件造成腐蚀，同时也能降低废弃酸性液体的酸性强度，使用寿命长、有利于降低环境污染，且整体利用容置槽加以模块化，可自由调整电流电压强度、使用上非常方便。
12.藉由上述技术，可针对现有电池所存在的属消耗性电池、不环保、电流强度低、及发电效果不稳定的问题点加以突破，达到上述优点的实用进步性。
附图说明
13.图1为本发明较佳实施例的立体图；
14.图2为本发明较佳实施例的分解图；
15.图3为本发明较佳实施例的方块流程图；
16.图4为本发明较佳实施例的使用状态图；
17.图5为本发明再一较佳实施例的实施示意图；
18.图6为本发明又一较佳实施例的立体图。
19.符号说明：
20.容置槽-1、1a、1b
21.废弃酸性液体-2、2a、2b
22.石墨件-3、3a
23.金属件-4、4a、4b
24.电力输出组件-5、5a、5b
25.导电媒介-51、51a、51b
26.密封部-52
27.耦接部-53b
28.蓄电装置-6
29.用电装置-7a
具体实施方式
30.为达成上述目的及功效，本发明所采用的技术手段及构造，兹绘图就本发明较佳实施例详加说明其特征与功能如下，俾利完全了解。
31.请参阅图1至图3所示，为本发明较佳实施例的立体图至方块流程图，由图中可清楚看出本发明包括：
32.至少一容置槽1；
33.至少一盛装于该容置槽1内的废弃酸性液体2；
34.至少一浸泡于该废弃酸性液体2内的石墨件3，作为电源正极使用；
35.至少一浸泡于该废弃酸性液体2内的金属件4，该金属件4的标准电极电位小于0，以作为电源负极使用；
36.一分别电性连结该石墨件3与该金属件4的电力输出组件5，以使该废弃酸性液体2中的氢离子与该金属件4的金属元素产生自发性反应，并藉其电位差输出电力。
37.其中该金属件4为铁、锌、镍、铬、铝或至少两种材料的组合其中之一，而该废弃酸性液体2为废酸(包括家庭废酸、农业废酸、或工业废酸等)、废水或酸雨其中之一。
38.而本发明利用酸液发电的方法，其步骤包括：
39.(a)取一容置槽；
40.(b)将至少一标准电极电位小于0的金属件，置于该容置槽内作为电源负极使用；
41.(c)将至少一石墨件设于该容置槽内，作为电源正极使用；
42.(d)于该容置槽内盛装至少一废弃酸性液体，使该金属件及该石墨件浸泡于该废弃酸性液体中；
43.(e)该废弃酸性液体中的氢离子与该金属件的金属元素产生自发性反应，并藉其电位差产生电力，而通过一分别电性连结该石墨件与该金属件的电力输出组件输出电力。
44.藉由上述的说明，已可了解本技术的装置，而依据这个装置的对应配合，更可达到装置简单、材料成本低、可回收废弃酸性液体2、及降低废弃酸性液体2的酸性强度等优势，而详细的解说将于下述说明。
45.请同时配合参阅图1至图4所示，为本发明较佳实施例的立体图至使用状态图，藉由上述构件组构时，由图中可清楚看出，本发明是利用酸性液体会对金属产生自发性反应的原理，将金属件4浸泡于废弃酸性液体2中进行发电，并配合将电力输出组件5的一端链接于石墨件3及金属件4，另一端链接于蓄电装置6，即可进行充电。以金属件4为锌作为举例时，其发生的反应式为：
46.正极反应：2h
+
(aq)+2e-→
h2(g) e＝0.00v
47.负极反应：zn(s)
→
zn
2+
(aq)+2e
- e＝+0.74v
48.总反应：zn(s)+2h
+
(aq)
→
zn
2+
(aq)+h2(g)e＝+0.74v
49.其中h
+
(aq)为氢离子溶液、h2(g)为氢气、zn(s)为固态锌、zn
2+
(aq)为锌离子溶液。
50.本发明的废弃酸性液体2，是回收自废酸、废水或酸雨其中之一，皆为本身无实用性、甚至对环境有危害的液体，故废弃酸性液体2的回收使用，属于低成本的材料，金属件4的部分，因应上述反应式的氢离子，选用条件只有标准电极电位小于0，例如二价铁的标准电极电位为-0.441v、镍的标准电极电位为-0.250v、二价铬的标准电极电位为-0.56v、三价铬的标准电极电位为-0.74v等皆为常用的金属，故可回收使用含有铁、锌、镍、铬等金属材质的废弃金属作为本发明的金属件4使用，即可进一步降低整体材料成本。
51.另外，电力输出组件5可分别链接固定于石墨件3及金属件4上、或通过一设于该容置槽1内的导电媒介51(如金属板体或石墨板体)来耦接该金属件4，且本实施例中，该导电媒介51是以穿设容置槽1的方式对外链接，并于导电媒介51与容置槽1间设有至少一密封部52(如防水胶)，以避免废弃酸性液体2渗漏、及避免电力输出组件5受废弃酸性液体2影响。
52.再者，石墨本身的材质特性包括耐腐蚀性强，故可长时间置放于废弃酸性液体2中，不产生腐蚀现象，石墨本身的材质特性还包括化学性质不活泼，使石墨件3做为电源正
极使用时，几乎可不用汰换，且不影响反应效果，同理，氢离子在石墨件3所在的电源正极反应时，也因此直接反应为气态的氢气飘散于空气中，不附着于石墨件3表面，进而减少废弃酸性液体2中的氢离子浓度，意即可降低废弃酸性液体2的酸性强度，而金属件4反应后生成的金属元素，则溶解于废弃酸性液体2中，由于废弃酸性液体2本来就会转移至如污水处理厂等处，故即便增加了原本没有的金属元素，也不会造成影响。整体而言，使用寿命长，且有利于降低环境污染。
53.再请同时配合参阅图5所示，为本发明再一较佳实施例的实施示意图，由图中可清楚看出，本实施例与上述实施例为大同小异，仅将复数个石墨件3a彼此串联使用，以加大该自发性反应的反应电流，并将复数个容置槽1a通过电力输出组件5a彼此串联，以加大该自发性反应的反应电压，及将复数个金属件4a同时置于容置槽1a中，并以导电媒介51a共同耦接金属件4a，以延长反应时间。假设单一石墨件3a所产生的反应电流为0.3a，只要将十个石墨件3a彼此串联，即可产生3a的电流，而单一容置槽1a所产生的反应电压为0.74v，则只要串联四个容置槽1a，即可产生接近3v的电压，另外，单一金属件4a可维持60分钟的反应时间，则只要同时置放三个金属件4a，即可维持180分钟。如此只要将电力输出组件5a直接链接至一般电池即可供给运作的用电装置7a上，便能利用废弃酸性液体2a直接发电供给该用电装置7a运作。
54.再请同时配合参阅图6所示，为本发明又一较佳实施例的立体图，由图中可清楚看出，本实施例与上述实施例为大同小异，仅于该导电媒介51b一侧具有一延伸形成至该废弃酸性液体2b外的耦接部53b，是以不破坏容置槽1b的方式，使电力输出组件5b仍可在不接触废弃酸性液体2b的情况下完成电力输出，故本实施例中，导电媒介51b以l型态样举例，耦接部53b即为l型的垂直边，或可进一步将导电媒介51b的底边变更为整片形式，而平铺布满容置槽1b，以增加与金属件4b的接触面积，藉此说明本发明电力输出方式的多变性。
55.但，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，非因此即局限本发明的专利范围，故举凡运用本发明说明书及图式内容所为的简易修饰及等效装置变化，均应同理包含于本发明的专利范围内，合予陈明。
56.是以，本发明的利用酸液发电的装置及其方法为可改善现有的技术关键在于：
57.第一，电解液及电源负极皆可选用低成本的回收材料，故可大幅降低使用成本。
58.第二，电源正极使用石墨件3，故可利用其惰性及耐腐蚀性，有效提升发电稳定度及提升本发明的使用寿命。
59.第三，以废酸做为电解液使用时，更可于反应后，进一步降低废弃酸性液体2的酸性强度，而降低对环境的污染，或缩短污水处理的工时。
60.第四，可藉由增减石墨件3、容置槽1及金属件4的数量，自由控制反应电流、反应电压的大小、及反应维持时间，以供不同情境使用，使用自由度高。
61.综上所述，本发明的利用酸液发电的装置及其方法于使用时，为确实能达到其功效及目的。