基于电极电势差的发电装置及其发电方法、发电器件

本申请属于新型能源，具体涉及基于电极电势差的发电装置及其发电方法、发电器件。

背景技术：

1、随着科技的不断发展，移动电源已经成为人类日常生活中不可或缺的一部分。电池和超级电容器作为目前商用的主流电源器件，其运行过程主要依靠带电离子的可逆吸脱附和电化学氧化还原反应来储存和提供电能。然而，电池和超级电容器都需要预先充电才能为电子设备供电，这在一定程度上限制了其用于偏远地区的离网式电能供应。

2、近年来，研究人员发展了热力发电、压电、摩擦发电和湿气发电等新型环境能发电技术，以将环境中的能量收集并转换为电能。但这些新型环境能发电技术都存在一些问题，例如：热电要求定向温差的存在、压电和摩擦电由于材料间的相对运动导致器件的使用寿命受限、湿气发电性能受环境湿度影响。

3、因此，亟需开发适用于多种环境的大功率、长寿命、无需外接电源预充电的发电方法或发电装置。

技术实现思路

1、本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

2、在本申请的一个方面，本申请提出了一种基于电极电势差的发电方法，包括：将第一电极和第二电极置于电解质溶液中，其中，所述第一电极在所述电解质溶液内的初始电势为φ1，所述第二电极在所述电解质溶液内的初始电势为φ2，φ1＞φ2；并令所述第一电极和所述第二电极通过外电路电连接，所述外电路上设有串联的开关和负载；令所述开关闭合，以使得所述负载上有电流通过；令所述开关断开，以使得所述第一电极的电势大于所述第二电极的电势。由此，采用前述发电方法可以利用多种电解质溶液稳定输出电能，且第一电极和第二电极在发电过程中几乎不会被消耗，整个发电过程不需要外接电源的预充电操作，可实现长效循环发电。

3、根据本申请的一些实施方式，当所述开关断开时，所述第一电极的电势等于φ1，所述第二电极的电势等于φ2。由此，有利于长效循环发电。

4、根据本申请的一些实施方式，φ1-φ2为0.1v~1v。由此，有利于第一固液界面双电层和第二固液界面双电层自发向初始状态恢复，有利于进行长效循环发电。

5、在本申请的第二个方面，本申请提出了一种基于前述实施例发电方法的发电装置，包括：第一电极、第二电极和电解质溶液，所述第一电极和所述第二电极设置在所述电解质溶液内，所述第一电极和所述第二电极通过外电路电连接，所述外电路上设有串联的开关和负载。由此，发电装置结构简单，且具有优异的电输出效果，输出功率密度可达5瓦每平方米，另外，发电装置具有超长使用寿命，上百万次发电循环后仍具有较优的电输出性能保持率。

6、根据本申请的一些实施方式，所述第一电极包括第一电极材料，所述第二电极包括第二电极材料，所述第一电极材料与所述第二电极材料不同，其中，所述第一电极材料和所述第二电极材料分别独立地包括金属单质、金属氧化物、氢氧化物、碳化物、硫化物、氮化物、导电聚合物和碳基材料中的至少一种。由此，有利于提高发电装置的电输出效果。

7、根据本申请的一些实施方式，所述第一电极还包括第一集流体，所述第一电极材料至少位于所述第一集流体的一侧；所述第二电极还包括第二集流体，所述第二电极材料至少位于所述第二集流体的一侧；其中，所述第一集流体和所述第二集流体分别独立地包括石墨箔、铝箔、铜箔、碳布中的至少一种。由此，有利于提高第一电极和第二电极的导电性，进而有利于提高发电装置的电输出效果。

8、根据本申请的一些实施方式，所述第一电极材料和所述第二电极材料相对设置。由此，有利于提高发电装置的发电效率。

9、根据本申请的一些实施方式，所述第一电极和所述第二电极之间的垂直距离为0.01cm~2cm。由此，有利于缓解发电装置因为第一电极和第二电极直接接触而发生短路的隐患，提高了发电装置的安全性，有利于减少发电装置在内电路中的内阻，提高发电装置的发电效率。

10、根据本申请的一些实施方式，所述电解质溶液包括水、盐溶液、酸溶液、碱溶液、离子液体中的至少一种。

11、在本申请的第三个方面，本申请提出了一种发电器件，所述发电器件包括多个串联和/或并联的发电装置，所述发电装置为前述实施例的发电装置。由此，发电器件包括前述发电装置的全部优点，在此不再赘述。

技术特征：

1.一种基于电极电势差的发电方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的发电方法，其特征在于，当所述开关断开时，所述第一电极的电势等于φ1，所述第二电极的电势等于φ2。

3.根据权利要求1或2所述的发电方法，其特征在于，φ1-φ2为0.1v~1v。

4.一种基于1-3任一项所述发电方法的发电装置，其特征在于，包括：

5.根据权利要求4所述的发电装置，其特征在于，所述第一电极包括第一电极材料，所述第二电极包括第二电极材料，所述第一电极材料与所述第二电极材料不同，

6.根据权利要求5所述的发电装置，其特征在于，所述第一电极还包括第一集流体，所述第一电极材料至少位于所述第一集流体的一侧；所述第二电极还包括第二集流体，所述第二电极材料至少位于所述第二集流体的一侧；

7.根据权利要求6所述的发电装置，其特征在于，所述第一电极材料和所述第二电极材料相对设置。

8.根据权利要求4-7任一项所述的发电装置，其特征在于，所述第一电极和所述第二电极之间的垂直距离为0.01cm~2cm。

9.根据权利要求4-7任一项所述的发电装置，其特征在于，所述电解质溶液包括水、盐溶液、酸溶液、碱溶液、离子液体中的至少一种。

10.一种发电器件，其特征在于，包括多个串联和/或并联的发电装置，所述发电装置为权利要求4-9任一项所述的发电装置。

技术总结
本申请属于新型能源技术领域，具体涉及基于电极电势差的发电装置及其发电方法、发电器件。基于电极电势差的发电方法包括：将第一电极和第二电极置于电解质溶液中，其中，第一电极在电解质溶液内的初始电势为φ<subgt;1</subgt;，第二电极在电解质溶液内的初始电势为φ<subgt;2</subgt;，φ<subgt;1</subgt;＞φ<subgt;2</subgt;；并令第一电极和第二电极通过外电路电连接，外电路上设有串联的开关和负载；令开关闭合，以使得负载上有电流通过；令开关断开，以使得第一电极的电势大于第二电极的电势。由此，采用前述发电方法可以利用多种电解质溶液稳定输出电能，且第一电极和第二电极在发电过程中几乎不会被消耗，整个发电过程不需要外接电源的预充电操作，可实现长效循环发电。

技术研发人员：曲良体,王海燕,何天程,程虎虎
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17