CN102265450A - 重力伏打电池 - Google Patents

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CN102265450A CN2010800037754A CN201080003775A CN102265450A CN 102265450 A CN102265450 A CN 102265450A CN 2010800037754 A CN2010800037754 A CN 2010800037754A CN 201080003775 A CN201080003775 A CN 201080003775A CN 102265450 A CN102265450 A CN 102265450A
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Abstract

本发明的重力伏打电池将重力转换成电能。所述重力伏打电池包括：容器；设置于所述容器中的至少两种电解质的电解质混合物；上部电极和下部电极；以及跨接两个所述电极而用来消耗所述电能的外部电负载。所述电解质混合物包括较大密度部分和较小密度部分。所述上部电极接触分布较多的较小密度电解质部分，且所述下部电极接触分布较多的较大密度电解质部分。所述上部电极与所述下部电极之间存在电化学不平衡状态。所述电化学不平衡态在所述容器的较高容量附近有分布较多的电解质混合物的较小密度部分，且在所述容器的较低容量附近有分布较多的电解质混合物的较大密度部分。重力场维持一定量的所述至少两种电解质的密度偏差状态，且所述至少两种电解质的上部容量和下部容量与所述上部电极和下部电极相对于所述重力场而保持在静态位置。

Description

重力伏打电池
技术领域
本发明涉及电化学重力伏打电池，且更具体而言，涉及用于生产将重力转换成电能的稳定且经久耐用的电化学重力伏打电池的器件和方法。
背景技术
John Daniell寻求一种消除存在于伏打电堆中的氢气泡问题的方法。他的解决方案为使用第二种电解质来消耗由第一种电解质所产生的氢。他在1836年发明了丹聂尔电池(Daniell cell)，该电池由填充有硫酸铜溶液的铜罐组成，其中浸有填充有硫酸的素烧陶器容器和锌电极。陶器屏障多孔，从而允许离子通过但保持溶液不会混合。如果没有这种屏障，当没有电流消耗时，则铜离子将漂移到锌阳极且发生还原而不会产生电流，这将破坏电池组的寿命。
随着时间的推移，铜积聚会堵塞陶器屏障中的小孔且会缩短电池组寿命。尽管如此，由于电解质在阴极上沉积铜(导体)而非氢(绝缘体)，所以丹聂尔电池比伏打电池提供更长久且更可靠的电流。丹聂尔电池也更为安全且较不易腐蚀。其具有约1.1伏的工作电压。丹聂尔电池在电报网络中得到了广泛的使用直至在十九世纪60年代后期为Leclanché电池所取代。
在十九世纪60年代，Callaud发明了丹聂尔电池的变型形式，其无需多孔屏障。相反，在硫酸铜层上放置硫酸锌层，两者由于密度不同而分开。锌阳极被悬浮于顶层中而铜阴极被放置在底层中。这种重力电池对于大型多电池的电池组而言不太昂贵但是无法移动，且如果消耗过多电流则容易损失完整性，这将造成诸层相混合。
名称为″galvanic Battery″的美国专利No.39,571(Hill)公开了一种重力电池组，其中：
“…两种流体的比重差异确定了相应位置上的不同，较大比重向下延伸朝向较低的局部位置，且较小比重延伸朝向较高的局部位置，从而无需多孔杯或隔离物，且同时确保伽伐尼电流的较大活性，…”
其它重力电池组专利：
1902年12月9日的名称为″Gravity Electric Battery″的美国专利No.715,654(Friend)；
1902年11月4日的名称为″Gravity Battery″的美国专利No.712,668(Gove)；
1888年11月20日的名称为″Gravity Battery″的美国专利No.393,203(Bartley)；
1876年10月10日的名称为″Gravity Battery″的美国专利No.183,201(Parrish)；
1873年9月23日的名称为″Gravity Batteries″的美国专利No.142,999(Edison)；和
1867年3月12日重新公布的名称为″Improvement in GalvanicBatteries″的RE 2502(Hill)。
重力电池组通过经由化学反应将化学能转换成电能而获得其能量。对于重力电池组而言，转换成电能的化学能由锌电极的化学腐蚀而产生。能量在锌矿开采且将其精炼成纯锌电极时被消耗，而在重力电池组中，通过将纯净的锌电极腐蚀成硫酸锌，使锌返回到其原矿状态而使该能量返回(或释放)。当锌电极被消耗尽时，反应停止且电能消失。接着丢弃硫酸锌并以新的锌电极取代之。此处的要点在于重力电池组仅仅使电解质保持在其相对位置上。
“浓差电池”被定义为“其中转换成电能的化学能由电池的两个电极处的物质的浓度差产生的伽伐尼电池”。一个例子为由被不同浓度的硝酸银溶液所包围的两个银电极组成的分体式电池。两种溶液的浓度将趋于相等。因此，在较高浓度溶液中银阳离子在电极(阴极)处会被自发还原成银金属，而在较低浓度溶液中银电极(阳极)会被氧化成银阳离子。电子将流动通过外部电路[或负载](从阳极或负电极到阴极或正电极)，从而产生电流，且硝酸根阴离子将扩散通过隔板。这个过程将持续进行直至硝酸银浓度在电池的两个隔室中相等。”(参看http://electrochem.cwru.edu/ed/dict.htm#c42-The CaseWestern Reserve University，Electrochemistry Dictionary)。
浓差电池的许多例子可在名称为″Solar Driven ConcentrationCell″(Bobrik等人)的美国专利申请11/366,396中找到，其陈述道：
浓差电池通常以数毫伏或数百毫伏的量级产生小电压。浓差电池可串联组合以产生较大电压用于充当电源，用来驱动需要电压高于由单个浓差电池所产生的电压的负载。浓差电池可作为短时间内产生小电压的廉价方法。当用于两个电极的材料相同且两个半电池中所使用的电解质相同而仅仅在浓度上有所不同时，由于从阳极电极消耗的金属沉积在阴极电极上，故而浓差电池具有不损失材料的其它优点。浓差电池的前述描述在本领域已为人所熟知。
使用浓差电池作为电源的一个问题是根据两个半电池中的电解质浓度的比率(称为浓度梯度)，由浓差电池产生的电压不能保持恒定。相反，当跨电极放置负载或者通过导体而将电极短接在一起时，电池会试图达到平衡；且阴极半电池中的阳离子浓度降低，而阳极半电池中的阳离子浓度增加，直至两个浓度变得相等。结果，由浓差电池产生的电压稳步降低直至电池电势变为零。如果可以找到维持整个电池的浓度梯度的方法，那么由于没有材料净消耗，而使得以低材料成本来提供长期经济的电源变得更加可行。
为解决这一问题人们已经做出了一些努力。美国专利No.4,292,378(Krumpelt等人)描述了一种两个半电池被离子交换隔膜分开的浓差电池。电极为铝且半电池含有不同浓度的相同电解质-溶剂组合。电解质优选为氯化铝(AlCl3)，且溶剂不含水，尽管可以使用碱金属的盐，然而优选为乙基氯化吡啶。当跨两个半电池的铝离子的浓度梯度下降到预定水平之下时，电解质溶液从电池隔室被运送到在400℃以下操作的蒸馏塔，使得其可由太阳能集热器或工业废气供能。较高沸点的溶剂通过泵从塔底部被排放到储存槽且最终通过另一泵而返回到阳极半电池，以稀释溶液并且降低电解质浓度。较低沸点的AlCl3电解质被从塔上部移除且泵送到第二储存槽并且最终通过另一泵而返回到阴极半电池，以增加该半电池中的铝离子浓度。Krumpelt中的装置不适于与水溶液中的电解质一起使用，其需要包括泵和蒸馏塔的昂贵的外部部件，在开始测量之前需要有传感器或一些形式的监控以供校正浓度梯度，且需要高达400℃的操作温度，致使该器件较不适于住宅或用户使用。
美国专利No.4,410,606(Loutfy等人)描述了一种包括电化学电池的低温、热再生电化学系统，该电化学电池具有一个半电池，该半电池含有具有两个氧化还原电对和络合剂(例如乙腈)的含水硫酸铜(II)(CuSO4)溶液，其根据络合剂的浓度而偏移氧化还原电对，且通过离子交换隔膜从较低浓度的CuSO4溶液和另一半电池的铜金属源中分离。由于第一电池中铜离子浓度降低，故而一部分电介质溶液被排放到蒸馏塔，其中在蒸馏塔中脱去低沸点的乙腈以返回到第二半电池，在第一电池中交换氧化还原电对，使得铜离子再生。
美国专利No.4,037,029(Anderson)描述了一种具有三种不同变型形式的光发电型电池。在第一实施方案中，两个半电池具有由允许离子交换的隔膜分开的相同浓度的电解质，阳极液半电池还含有感光材料(例如硫化镉)，且用光照射。在第二实施方案中，电池包括将两个含相同浓度的光化学电解质(例如氯化亚铜CuCl)的半电池分开的隔膜，阳极用光照射且阴极被遮蔽，保护电解质溶液以免遭油膜氧化。第三实施方案使用光能合成以形成电势差。Anderson器件在教导相同浓度的电解质溶液的使用方面，在使用光化学电解质来产生电势方面，以及在教导用油膜来防止电解质的蒸发和氧化方面与本发明有所不同。Anderson器件并未解决在浓差电池中维持浓度梯度的问题。
利用源自太阳的一些形式的能量来说明电源的其它器件包括美国专利No.3,031,520(Clampitt等人)(cell using photochemical reationof orgnic isomers)；美国专利No.3,925,212(Tchernev)(cell producingelectricity by photovoltaic semiconductor devices which decomposewater)；美国专利No.4,262,066(Brenneman等人)(cell which generateselectricity using photoreactive organic dye which is regenerated)；以及美国专利No.4,522,695(Neefe)(device for generating hydrogen fuel whichuses photovoltaic semiconductor material disposed in foam on transparent，sloped roof)。
浓差电池的另一例子为亚利桑那大学：Chemistry TOPIC：Electrochemistry的“铜(II)浓差电池”，下文称为“Demo-035”。
“将电化学电池组装为从浓Cu2+(含水)溶液中析出铜且将来自电极的铜溶解到相对稀的铜离子溶液中。电池产生的电势可与由Nernst方程式预测的电压相比较。”
“这是一种令人关注的电化学电池，因为其能够做电功而不会发生任何净化学反应。系统中Cu2+离子的数目和铜金属的量不发生变化；正是电池中这些物质的分布提供了驱动力。”
“从热力学第二定律的观点来看，使两种不同浓度的溶液放在相同容器中很大程度上为非随机情形，而且系统将试图通过溶液互相扩散以整体形成均匀的浓度来改进这种情形。将铜电极放入溶液中以提供获得相同结果的替代方法。上部电极可使Cu2+离子释放到稀溶液中；接着由此产生的电子通过导线而到达另一个电极，且将Cu2+离子从浓溶液中去除，还原成铜原子并析出到电极上。(当然，实际上氧化与还原的事件是同时进行的，且通过氧化产生的电子与还原中消耗的电子并不完全相同，但是叙述方法对学生而言可稍为清楚些)。系统希望获得足够高的随机性以给予电子足够的推力(电池电势)使其可用来做电功(但并不多：输出在微瓦范围)。”
“两种溶液之间的界面能稳定若干小时，因此在无需使用任何更多铜溶液的情况下可重复演示。只要扩散未到达电极区域，一定量的溶液的互相扩散不会改变电池电势。”
“在演示结束时，可混合溶液以显示电池电势现已消失。”
由于重力仅仅是用来帮助形成两个浓度层的，故而Demo-035并不是重力依赖型器件。如果在零重力环境下形成两个浓度层，则较高浓度仍将扩散到较低浓度以在整个电解质溶液中形成相同的浓度。正如本发明的情形，Demo-035不是重力依赖型器件。另外，正如本发明的情形，Demo-035没有使用重力来使物质浓度返回到其初始状态。Demo-035显示了由CuSO4/H2SO4/H2O构成的三元电解质混合物中单组分″CuSO4″的浓度差。Demo-035的配置和操作仅仅证明了由CuSO4/H2SO4/H2O组成的三元电解质混合物中单组分″CuSO4″的浓度差的作用。正如本发明所公开，经配置和操作后，Demo-035并未利用与三元电解质混合物相关的任何独特的特性。另外，正如本发明的情形，Demo-035未将重力转换成电动势且未使用重力来再补给系统中作为电能而被外部电负载耗尽的内部能量。
浓差电池的另一例子为美国专利No.6,746,788(Borsuk)，“Concentration Cells Utilizing External Fields”，其陈述道：“一种用于生产产生电的浓差电池的方法，该方法包括以下步骤：提供具有第一布置的第一电极和具有第二布置的第二电极；且提供一定量的电解质，其接触所述第一电极和所述第二电极且含有具有高于存在于所述量的电解质内平均摩尔浓度的化学物质的分量；以及提供延伸到所述量的电解质中且使得所述分量朝向所述第一电极平移的场；以及相对于所述场，将所述量的电解质与所述第一电极和所述第二电极保持在静态位置，使得所述分量的平移在所述第一电极表面附近增加所述化学物质的摩尔浓度。”
美国专利No.6,746,788(Borsuk)定义了术语“平移”：
“随着固体38溶解于溶液中，相对于溶液中远离溶解盐的区域或分量，溶液中局限于盐四周的分量能达到暂时较高的溶质浓度。含有暂时较高溶质浓度的区域或分量为图2的分量22。由于其增加的CuSO4含量，比起周围溶液，其将具有较大的质量密度，且由于场而朝向电极12的表面下沉。具有高于平均CuSO4浓度的分量的这种下沉或定向平移由分量24表示。”(着重强调)
而且，术语“平移”定义为：
“分量28表示具有小于平均浓度，在与分量24的方向相反的方向上上升或平移的溶液分量。”(着重强调)
以上全部视为用来公开浓差电池，因为以下各项中的一个或多个是真实的：
1.其需要包括泵和蒸馏塔的昂贵的外部部件，在开始测量之前需要有传感器或一些形式的监控以供校正浓度梯度，且需要高达400℃的操作温度，致使该器件较不适于住宅或用户使用；
2.其通过热装置而非重力来重调，或再生；
3.其通过热装置而不是通过使原子进行电化学氧化到溶液中为自由阳离子而将固体溶解到溶液中；
4.其通过热装置而非通过从溶液中使自由阳离子进行电化学还原而从溶液中沉淀、重新形成或凝固已溶解的固体；且
5.其使分子或粒子从高浓度自发扩散到较低浓度，其中“扩散反应的自由能可用来产生电。”
另外，浓差电池一般还具有如下的其它问题：
1.“ir降”，其在“Case Western Reserve University，ElectrochemistryDictionary”中被定义为“电流流动期间导电相两端之间的电势差”。其为电流(i)和导体电阻(r)的乘积。在电化学中，称其为溶液“ir降”，或称为电化学电池中的欧姆损失。”(参见http://electrochem.cwru.edu/ed/dict.htm)
稀电解质具有比浓电解质相对更少的导电离子。浓差电池的一个问题是其在相对稀的电解质部分内经受增加的“ir降”。相对于较浓的电解质部分，此稀电解质为相对弱的电导体(具有相对高的电阻)。此增加的“ir降”限制了外部电负载可用的电流和电功率。通过利用两种相对浓的电解质，一种延伸到电池的上部且另一种延伸到电池的下部的新型方法，本发明明显不同于现有技术的较低的“ir降”且在其上有所改进。
2.接触表面积：浓差电池的另一个问题是其在阳极/电解质界面经受接触面积的损失，因为比起在阴极处，相对稀的电解质部分具有较少直接接触阳极表面的离子。这导致在电解质离子与阳极之间接触表面积较小，这增加了阳极与电解质之间的界面处的有效电阻。此附加电阻限制了外部电负载可用的电流和电功率。通过利用两种相对浓的电解质，一种延伸到电池的上部且另一种延伸到电池的下部的新型方法，本发明明显不同于现有技术的接触面积损失且在其上有所改进。
3.分子碰撞：浓差电池的另一问题是由电化学电池产生的电能部分取决于阳极处氧化反应的速率，其继而取决于电解质中电势产生离子与阳极表面上阳极原子之间的分子碰撞的数目。相对稀的电解质部分含有相对较少的与上部电极表面上的原子直接接触的电势产生离子。电解质中直接接触电极表面上的原子的电势产生离子愈少，电解质中电势产生离子与电极表面上的原子之间的碰撞愈少，且在阳极处的氧化反应速率愈低。这种降低的氧化反应速率限制了对外部电负载可用的电流和电功率。通过利用两种相对浓的电解质，一种延伸到电池的上部且另一种延伸到电池的下部的新型方法，本发明明显不同于现有技术的相对较少离子/阳极碰撞且在其上有所改进。
为清晰起见，以下为在本说明书通篇使用的定义和解释：
“重力伏打”为涉及通过电化学方法将重力能直接转换成电能的技术领域。“重力伏打电池”是一种将重力转换成电力的换能器，其中转换成电能的化学能产生自1)在电池两个电极处持续增强电化学不平衡态的重力，与2)在电池的两个电极处持续削弱电化学不平衡态的外部电负载的加载作用之间的对抗。“重力伏打电池”将经受重力，正如“光伏打电池”经受光。光伏打涉及通过将太阳能(太阳光)直接转换成电能来为能量而应用太阳能电池的技术和研究领域。“重力伏打电池”是一种将重力转换成电的换能器。
“发散”指从共同点向不同方向延伸。
“集中”指带或引到共同集合点；会聚；直接引向一点。“集中”与“发散”相反且它们是两个可辨别的且明显单独可观察到的现象。
术语“发散的多电解质”指从共同点在相反方向延伸的两种或多种电解质的电解质分布受重力维持的发散状态。以下设想的实例说明本发明的一些优选实施方案所利用类型的受重力维持的渐变“发散多电解质”分布；在透明玻璃容器中，含有具有1∶1比率的两种不同密度的不同电解质的多电解质混合物(在重力场内静止)，其通过本文所述的两种所述变型方法中的一种或另一种或两种组合制备。如果具有较大密度的电解质为蓝色且具有较小密度的电解质为红色，则容器的中间或中间平面将呈紫色，这指示每种电解质的分布相同。容器的下端呈浅蓝色/紫色，指示相对于较小密度电解质混合物的分布，较大密度电解质混合物的分布较多，其被发散到容器的下端。容器的上端呈微红色/紫色，指示相对于较大密度电解质混合物的分布，较小密度电解质混合物的分布较多，其被发散到容器的上端。当然，本发明的重力伏打电池的优选实施方案可以更多复杂分布方式利用三种或多种不同电解质(三种或多种不同的密度)的渐散多电解质分布。
以下设想的实例说明本发明的一些优选实施方案所利用类型的两个受重力维持的分层“发散多电解质”；在透明玻璃容器中，含有具有1∶1比率的两种不同密度的不同电解质的多电解质混合物。如果具有较大密度的电解质为蓝色且具有较小密度的电解质为红色。容器的下端呈蓝色，指示较大密度电解质的分布，其被发散到容器的下端。容器的上端呈红色，指示较小密度电解质的分布，其被发散到容器的上端。当然，本发明的优选实施方案可利用三层或多层的三种或多种不同电解质(三种或多种不同的密度)的分层的发散多电解质分布。
上述引用的两种设想的实例为两种极端，每个极端出现在可能的多电解质发散闭联集的相对端；渐散多电解质在闭联集的一端而分层发散多电解质在闭联集的另一端。术语“发散多电解质”包括沿着闭联集发散的所有可能的多电解质。发散多电解质被电池的两个电极视为电化学不平衡态且在本文称为电化学不平衡态。
“浓度梯度”为溶液中溶质的浓度渐变随着通过溶液的距离的变化而变化。
当提及本发明所利用类型的受重力维持的“发散多电解质”时，术语“受维持”是适当的，因为重力实际上维持发散。当提及“Concentration Cells in a Gravitational Field”中的两个现有技术实例所利用类型的浓度梯度时，术语“受维持”是不适当的，因为重力实际上并未维持浓度梯度。在现有技术实例中，电池各处的浓度变均衡且梯度消失，如Demo-035所述：“两种溶液之间的界面稳定达数小时，…”，且如美国专利No.6,746,788(Borsuk)所述：“可为了重复产生电力而通过将电池暴露到冷温存储槽来重新热调节。这种热处理减少溶液中的盐的溶解度，使得固体38沉淀或重新形成，因此使电池返回到其初始状态。”对于本发明所利用类型的受重力维持的渐变“发散多电解质”而言，重力维持发散且重力(不是热处理)使电池返回到其初始状态。利用重力来维持发散且使电池返回到其初始状态被视为明显不同于现有技术且对现有技术有所改进。
以下设想的实例说明浓差电池所利用类型的重力引发的浓度梯度。在含有透明溶剂中蓝色溶质的二元溶液的透明玻璃容器中，容器下端呈稍偏蓝色，指示容器下端有较大部分的较大密度溶质。容器上端呈淡蓝色，指示容器上端有较小部分的较大密度溶质。
存在多种在电解质混合物中实现各种类型梯度的方法，以下实例为实现浓度梯度的两种方法：
1.2004年6月8日公布的名称为“Concentration Cells UtilizingExternal Fields”的美国专利No.6,746,788(Borsuk)，其陈述道“且提供延伸到所述量的电解质中且使得所述分量朝向所述第一电极平移的场”，和“移动且收集或聚集可能存在或被造成存在于电解质内分量中的类似类型的浓度不均的外部场。移动和聚集都是通过利用构成电解质的各种化学组分或物质的具体差异来实现的。这些特性的例子为质量密度、电矩和磁化率。”
2.亚利桑那大学的″Copper(II)Concentration Cell″方法：Chemistry TOPIC：Electrochemistry，″Demo-035″。“添加1M CuSO4溶液以便使其在0.01M CuSO4溶液之下分层直至溶液间的界面到达标记。”
存在多种用于制备受重力维持的电化学不平衡态的方法。以下为用于制备本发明的优选实施方案所利用类型的分层式或阶梯式受重力维持的电化学不平衡态的多种可行方法之一。用一种或多种相对较小密度电解质混合物填充样品电池容器到一半。将具有一些被推进送出管的挠性管的输送装置(例如分液漏斗)放置于铁环上且放到一半填充的样品电池容器中，使得管恰恰到达容器底部。将足够量一种或多种相对较大密度电解质混合物倾倒至分液漏斗中。缓慢打开分液漏斗的活塞且使一种或多种相对较大密度的电解质在一种或多种相较小密度的电解质之下分层。接着移除分液漏斗和铁环。
存在多种用于制备渐变受重力维持电化学不平衡态的可行方法。以下为两种用于制备本发明的一些优选实施方案所利用类型的受重力维持电化学不平衡态的可行方法。1)当使一种或多种相对较大密度电解质在一种或多种相对较小密度电解质之下分层时，发生某些量的初始混合。可经由分液漏斗的活塞来控制较大密度电解质混合物的流速从而来控制初始混合的量。流速愈大，流动已在样本容器中的电解质量内引发的搅动愈强，且初始混合愈强。因此，可控制初始混合的量以在适当做功平衡处或在适当做功平衡处附近产生初始电化学不平衡态。2)或者，可在整个设定过程中使流速变慢，使得形成两个不同的电解质层。当已将适当量的组分电解质添加到电池时，可使电池在重力场中静止。随着时间的推移，较小密度电解质混合物将混合或扩散到较大密度电解质混合物中。然而，此重力引发的混合将仅仅进行至热力学(均匀性)平衡的驱动等于重力(发散)平衡的驱动的点。
本发明的各个优选实施方案所利用的渐变或分层，或沿闭联集任何点的电化学不平衡态为相对静态的状态(相对于浓差电池中发生的净扩散的动态活动)；其不是电解质下沉或上升的动态移动活动。
本发明的优选实施方案所利用类型的发散多电解质为双端电解质分布，因为在容器下端存在较大部分的较大密度电解质混合物，且在容器上端存在较大部分的较小密度电解质混合物。与因仅仅在容器一端存在较大浓度的单电解质而被视为单端的浓差电池所利用的单电解质浓度梯度正相反。双端多电解质发散被视为明显不同于单端单电解质浓度梯度。
对于本发明的优选实施方案而言，与其中转换成电能的化学能产生自电池的两个电极处的单电解质的浓度差的浓差电池相反，转换成电能的化学能是产生自电池的两个电极处受重力维持的多电解质混合物的电化学不平衡态。从双端受重力维持的多电解质电化学不平衡态中得到能量被视为明显不同于从单端单电解质浓度差中得到的能量。
需要实用且方便的电池以用于生产稳定且经久耐用的电化学电池以用于产生电力并输送所述电力到外部工作负载。已经提出若干方法，但是尚无一种为市场所接受。
发明内容
本发明的重力伏打电池将重力转换成电能。所述重力伏打电池包括：容器；设置于所述容器中的至少两种电解质的电解质混合物；上部电极和下部电极；和跨接两个所述电极而用来消耗所述电能的外部电负载。所述电解质混合物包括较大密度和较小密度部分。所述上部电极接触分布较多的较小密度电解质部分，且所述下部电极接触分布较多的较大密度电解质部分。所述上部电极与所述下部电极之间存在电化学不平衡状态。所述电化学不平衡状态在所述容器的较高容量附近有分布较多的电解质混合物的较小密度部分，且在所述容器的较低容量附近有分布较多的电解质混合物的较大密度部分。重力场维持一定量的所述至少两种电解质的密度偏差状态，且所述至少两种电解质的上部容量和下部容量与所述上部电极和下部电极相对于所述重力场而保持在静态位置。
下文阐述了本发明的重力伏打电池的工作原理的简要概述：
1.重力向电池供应内部机械能，将电池能量状态从基态提升到激发态。
2.将内部机械能存储为电解质混合物内的电化学不平衡态。
3.在电池的两个电极处将内部机械能转换成电能。
4.电池在激发态不稳定，且通过将所述电能转移到外部电负载，因此将电池的内部能量状态从激发态降低为基态而寻求稳定。
5.于是重力再次向电池供应内部机械能，再次将电池的内部能量状态从基态提升到激发态。
本发明的重力伏打电池为新型、独特、非显而易见、有用的并且在现有技术中先前未曾定义或分类过的伽伐尼电池。这些重力伏打电池为其中转换成电能的化学能是产生自电池的两个电极处的受重力维持的电化学不平衡态的伽伐尼电池。在这些重力伏打电池中，使电化学不平衡态均衡的固有且连续的抗争被维持电化学不平衡态的重力的连续抗争所抵消。本发明重力伏打电池是电化学体系，其被设计来利用1)在电池的两个电极处持续增强电化学不平衡态的重力，与2)在重力伏打电池的两个电极处持续削弱电化学不平衡态的外部电负载的加载作用之间的对抗。
工作方法：可在不平衡态热力学(涉及未处于热力平衡态的系统的热力学分支)方面最好地理解本发明的优选实施方案。自然界中发现的大多数系统因为其未与其环境隔离而不处于热力平衡态，且因此连续与其它系统共用物质和能量。这种物质和能量共用包含受外部能量源驱动以及消耗能量。在热力学中，当热力系统不处于热平衡，或机械平衡，或辐射平衡，或化学平衡时，可称其为处于热力不平衡态。本发明涉及处于化学不平衡态或更具体而言涉及处于电化学不平衡态的系统。本发明的优选实施方案同时为能量驱动系统和能量消耗系统。
为更全面地理解本发明的重力伏打电池，参考了以下描述和附图，其中本发明当前优选的实施方案以示例的方式示出。由于在不偏离本发明本质特性的精神的情况下，可以许多形式体现本发明，故而应明确理解附图仅出于说明和描述之目的，而非旨在限制本发明。
附图简述
图1A示出了本发明的重力伏打电池的第一优选实施方案。图1A所示出的容器含有本发明的一些优选实施方案所使用类型的渐散电解质混合物或电化学不平衡态，其中相对于较小密度电解质混合物的分布，分布较多的较大密度电解质混合物已部分发散到该容器的下端，且相对于较大密度电解质混合物的分布，分布较多的较小密度电解质混合物已部分发散到该容器的上端。图1A还示出了可能的多电解质发散闭联集的渐变多电解质发散端。
图1B示出了在无发散电解质混合物的情况下图1A的重力伏打电池的优选的实施方案中所使用的容器和电极。
图2示出了图1A的重力伏打电池的第一优选实施方案。图2所表示的容器含有本发明的一些优选实施方案所使用类型的分层发散电解质溶液或电化学不平衡态，其中较大密度电解质混合物已完全发散到该容器的下端，且较小密度电解质混合物已完全发散到该容器的上端。图2还示出了可能的多电解质发散闭联集的分层多电解质发散端。
图3示出了本发明的重力伏打电池的第二优选实施方案。
具体实施方式
现在参考图1A和图1B，本发明的重力伏打电池20的优选实施方案包括：不导电容器3，优选为玻璃缸或耐化学塑胶，其含有受重力维持且处于电化学不平衡状态的渐散多电解质混合物；第一电极2，其浸入容器3上部区域的大部分的较小密度电解质混合物4中；第二电极5，其浸入容器3下部区域的大部分的较大密度电解质混合物6中。电极5和电极2的垂直部分通过绝缘套7和绝缘套8而与电解质绝缘。第一电极2的水平部分10和第二电极5的水平部分11浸入且暴露在多电解质溶液中。另外，可变负载电阻器9和毫伏计1跨越电极2和电极5电连接。毫伏计1介接计算机13。多种不导电容器，例如玻璃或耐化学塑胶可用作该容器。
电解质混合物4和电解质混合物6是由两种或多种电解质组成的受重力维持的发散多电解质混合物。所述电解质由含有使物质导电的自由离子的物质组成。
两个相同的导电电极2和5位于电解质4和电解质6中。所述电极的垂直部分通过绝缘套7和绝缘套8而与电解质溶液绝缘，且存在在所述多电解质水溶液内使电极2和电极5独立上升与下降的构件(未示出)，和相对于多电解质溶液的多电解质发散而将电极2和电极5固定且保持在静态位置的构件(未示出)。电极2的水平部分10和电极5的水平部分11位于并且暴露在多电解质水溶液中。
电极是由导电材料或导电材料的任何组合组成。电极的实体组合物可包含但不限于光滑固体、打磨固体、毛绒、海绵或任何导电材料的纳米粒子组合物或任何导电材料组合的纳米粒子组合物。电极的实体组合物可包含但不限于光滑固体、打磨固体、毛绒、海绵或任何导电材料的纳米粒子的任何组合或导电材料的任何组合。
可使用一种或多种催化剂来增加氧化与还原的速率。一些或全部的所述催化剂可为阳极或阴极或两者的部分。一些或全部的所述催化剂可为较小密度电解质或较大密度电解质或两者的部分。一些或全部的所述催化剂可为阳极/电解质界面或阴极/电解质界面或两者的部分。
毫伏计1跨越电极2和电极5电连接且介接计算机。设定可变电阻9且保持其在多个静态电阻以分析若干电池特性或可加以连续调整以分析其它电池特性。
个人计算机13记录且分析输入数据，且打印机14和监控器显示器连接到该个人计算机13。
现在参考图2，示出了本发明的重力伏打电池20。图2所表示的容器含有分层的电解质混合物4。较大密度电解质混合物完全发散到容器3的底部，且较小密度电解质混合物完全发散到该容器3的上部。
现在参考图3，公开了本发明的另一优选实施方案20’。本发明另一优选实施方案20’包括：容器3，其含有处于电化学不平衡状态的分层受重力维持发散多电解质混合物；第一电极2，其浸入容器3上部区域的较小密度电解质混合物4中；第二电极5，其浸入容器3下部区域的较大密度电解质混合物6中。电极5和电极2的垂直部分通过绝缘套7和绝缘套8而与电解质绝缘。另外，压敏可变负载电阻器“VDVRL”16具有经由驱动器和负载“接入电路”/“自电路断开”开关S1而由计算机控制的电阻，S1也可由计算机控制；和其跨越电极2和电极5电连接且介接计算机的毫伏计1；以及同样介接计算机13的电流计17。
电解质混合物4和电解质混合物6是由两种或多种电解质组成的受重力维持的发散多电解质混合物。所述电解质由含有使物质导电的自由离子的物质组成。
两个相同的导电电极2和5位于电解质4和电解质6中。所述电极的垂直部分通过绝缘套7和绝缘套8而与电解质溶液绝缘，且存在在所述多电解质水溶液内使电极2和电极5独立上升与下降的构件(未示出)，和相对于多电解质溶液的多电解质发散而将电极2和电极5固定且保持在静态位置的构件(未示出)。电极2的水平部分10和电极5的水平部分11位于且暴露在多电解质水溶液中。
电极是由导电材料或导电材料的任何组合组成。电极的实体组合物可包含但不限于光滑固体、打磨固体、毛绒、海绵或任何导电材料的纳米粒子组合物或任何组合的导电材料的纳米粒子组合物。电极的实体组合物可包含但不限于光滑固体、打磨固体、毛绒、海绵或任何导电材料的纳米粒子的任何组合或导电材料的任何组合。
可使用一种或多种催化剂来增加氧化与还原的速率。一些或全部的所述催化剂可为阳极或阴极或两者的部分。一些或全部的所述催化剂可为较小密度电解质或较大密度电解质或两者的部分。一些或全部的所述催化剂可为阳极/电解质界面或阴极/电解质界面或两者的部分。
毫伏计1跨越电极2和电极5电连接且介接计算机，且电流计17介接计算机13。压敏可变负载电阻器“VDVRL”9具有经由驱动器与负载“接入电路”/“自电路断开”开关S1而由计算机控制的电阻，S1是为开路电压和加载电路电压分析而部署的。可设定VDVRL的可变电阻且使其保持在多个静态电阻以分析若干电池特性，或可以连续调整VDVRL的可变电阻以分析其它电池特性。
个人计算机13记录且分析输入数据并且经由驱动器12而对压敏可变负载电阻器作调整，且打印机14和监控器显示器连接到该个人计算机13。
本发明的优选实施方案的诸多可能用途之一为用于检测由样本优选实施方案所产生的电能的量，其包括以下步骤：
A.针对所产生电能的上升量分析本发明的样本实施方案；和
B.使本发明的优选实施方案的所产生电能的上升量与其作为电能来源的相对有效性相关。
本发明是一种用于将重力转换成有用的电能以供外部电负载消耗的方法，所述方法包括以下步骤：
A.通过在多种电解质内加强已在步骤“H”削弱的多电解质发散，重力将内部能量再供应给电化电池，将电池内部能量状态从低能量状态提升为高能量状态，使电池不稳定。重力被转换成机械能；
B.多种电解质内的多电解质发散呈现为跨越该电池的第一上部电极与第二下部电极的电化学不平衡态；
C.通过降低电池的内部能量，电池将趋于移向稳定状态。跨越电池两个电极的电化学不平衡态将移向平衡状态。由重力供应的内部能量为过剩能量且系统趋于消除此过剩能量；
D.跨越电池的第一上部电极和第二下部电极的电化学不平衡态在所述电池电极处产生自发氧化与还原反应。电化学不平衡态被转换成电化学能；
E.所述电池电极处的自发氧化与还原反应产生跨越所述电池电极的电动势。电化学能被转换成电动电势能；
F.电动势推动电子通过外部电负载。电动电势能被转换成电动能(运动电子的能量)；
G.通过外部电负载的电子流将内部电能从电池转移到外部电负载。电动能流到外界作为这种离开电池的过剩内部能量；
H.电能从电池转移到外部电负载消耗了先前由重力供应给电池的内部能量，这削弱了多种电解质内的多电解质发散，这同样可说是削弱了电化学不平衡态。
I.返回到步骤“A”。通过在多种电解质内加强已在步骤“H”削弱的多电解质发散-同样可说是加强电化学不平衡态而由重力再给电化学电池供应内部能量。重力被转换成机械能；
J.本发明的优选实施方案由来自外界的一种能量形式连续驱动(由重力驱动)，而同时连续消耗返回至外界的另一种能量形式(电能)。
K.由于固有的低效和损失，多种电解质内维持多电解质发散的重力能的量将总是大于供应给外部工作负载的电能。
重力供应维持相对静态电化学不平衡态所需的能量。电化学不平衡态是由相对于较大密度电解质混合物在容器上端的分布而分布较多的较小密度电解质混合物，和相对于较小密度电解质混合物在容器较下端的分布而分布较多的较大密度电解质混合物组成。
A.电化学不平衡态可通过许多种方法来产生，包含但不限于本文所公开的用于制备分层或阶梯式电化学不平衡态的方法。
B.在其中维持电化学不平衡态的重力场不会造成粒子从高浓度到较低浓度的自发扩散，不会造成电解质移动，不会造成一种或多种电解质朝上部电极上升，且不会造成一种或多种电解质朝下部电极下沉。
上部电极接触分布较多的较小密度电解质，且下部电极接触分布较多的较大密度电解质混合物。实践可追溯至十九世纪60年代且由重力电池组利用。
由于受重力维持的电化学不平衡态，故而上部电极/电解质界面处的电化学环境不等于下部电极/电解质界面处的电化学环境。两处电极/电解质界面处的电化学环境处于电化学不平衡状态。
从热力学第二定律的观点来看，此电化学不平衡态是高度非随意状况而且是自然界尝试减少的过剩能量状态。
重力阻碍使较小密度电解质混合物与较大密度电解质混合物互相扩散以在电池各处形成相等分布的电解质的选择。
在外部电负载跨电池两个电极连接的情况下，自然界拥有替代选择且力求降低过剩内部能量并且通过自发电化学氧化与还原反应而使两种电化学环境均衡。在阳极/阴极界面处，阳极表面上的固体原子将自发氧化并溶解于溶液为游离的含水阳离子。外部电负载提供使两种电化学环境均衡的路径。
阳极处通过氧化反应而产生的电子将从阳极或负电极流过外部电负载并返回到阴极或正电极，这产生流过外部电负载的电流。
自然界使用返回到阴极的电子来从溶液中自发还原阴极表面的含水阳离子，且氧化与还原反应都力求削弱电化学不平衡态和通过外部电负载的电子流以减少由重力供应的过剩能量。
通过外部电负载的电子流将电能从电池转移至外部电负载。这种电能的转移或外部电负载的加载作用使得电池将内部能量释放到外部电负载。内部能量的释放削弱了受重力维持的电化学不平衡态。然而，重力以维持重力引发的电化学不平衡态所需的必需内部能量再供应电池。
使受重力维持的电化学不平衡态均衡的固有抗争立即被增强电化学不平衡态(或再供应能量给电化学不平衡态)的重力抗争所抵消，且没有粒子从高浓度到低浓度的自发扩散，电解质不会移动，电解质不会朝上部电极上升，且电解质不会朝下部电极下沉。
没有发生净化学反应，系统中阳离子的数目和电极材料的量没有变化。
通过氧化所产生的阳离子并不是还原中用掉的相同的阳离子。通过氧化所产生的电子并不是还原中用掉的相同的电子。
通过外部电负载的电流具有相关“ir降”或跨越两个输入端的电压，其通过欧姆定律计算为：
VO＝IL·RL
其中“VO”为跨越外部电负载输入终端的电压输出，“IL”为由电池供应流过外部电负载的电流，且“RL”为外部电负载的电阻。
电压输出：电池跨越外部电负载输入终端的电压输出“VO”为：
VO＝VS·RL(RL+RS)
其中
RS＝VS/IL-RL
其中“VS”为无外部电负载情况下电池的内部电动势；
“RL”为外部电负载的电阻；
“RS”为电池的内部电阻；且
“IL”为由电源供应流过外部电负载的电流。
VS可通过Nernst方程式来计算，然而，对于本发明的电解质浓度或其它性质在Nernst方程式的工作参数之外的优选实施方案而言，此可能并非如此。
此外，由电池转移到外部电负载的电功率为：
PL＝VO·IL
其中PL为从电池转移到外部电负载的电功率；
VO为跨越外部电负载输入终端的电压；且
IL为通过外部电负载的电流。
完全可逆性：完全可逆机使物质浓度返回到其初始状态。本发明的优选实施方案为完全可逆机，因为外部电负载的加载作用力求减少多电解质中受重力引发的电化学不平衡态的初始状态，而重力通过力求使受重力引发的电化学不平衡态返回到其初始状态而反转这个过程。只要本发明的优选实施方案处于重力场中则此循环便持续。使电化学不平衡态返回到其初始状态的重力被视为明显偏离现有技术且对现有技术有所改进。
长使用时间：此过程将持续很长时间，因为重力提供在电池两个电极处维持多电解质中受重力引发的电化学不平衡态所必需的能量。
在说明不可避免的低效的原因后，只要用来维持电化学不平衡态的重力能量足够大于转移到负载的电能，则受重力维持的电化学不平衡态将保持完好，且由本发明的优选实施方案产生的电能保持稳定；连续维持电解质中的不平衡态的重力提供连续的驱动力。长使用时间目前仅知的例外是电极钝化。
钝化：在金属或矿物表面上形成薄粘合膜或层，其用作保护下垫面免遭进一步化学反应(例如腐蚀、电溶解或溶解)的保护涂层。钝化膜往往是氧化物，但并非总是如此。钝化表面常常被称为处于“钝化状态”。表面氧化可由化学或电化学(阳极)氧化造成。在阳极钝化期间，使用线性扫描伏安法后，电流首先随电势而增加，接着降低到极小的值。对于本发明的优选实施方案而言，任何电极钝化可由电解质中在一个或两个电极表面上形成氧化物膜或层的溶解氧造成。
电极质量：对于本发明的优选实施方案而言，两个电极每个将具有其初始的最初质量，两个电极可能都以相似的质量开始或者一者可具有大于另一者的质量。在任何情形中，由于本发明的优选实施方案供应电能给负载，故而阳极由于其表面原子被氧化到溶液中为阳离子而失去质量，且阴极由于阳离子还原成析出到阴极上的固体原子而获得质量。此时，由于已损失足够的阳极质量且已得到足够的阴极质量，两个电极的相对位置反转，使得前一个阳极变成当前的阴极且前一个阴极变成当前的阳极。因此，给阳极有效再供应质量用于进一步氧化且使阴极游离以供进一步还原。给阳极再供应质量以供进一步氧化被视为明显偏离现有技术且对现有技术有所改进。
以下为本发明的两个经测试并证实的优选的实施方案：
实施例1，本发明的实施方案包括250ml烧杯，该烧杯中有上部铜电极和下部铜电极，用以下四元电解质混合物填充：
1.200ml、4.2摩尔溶液(H2SO4+)
2.H2O
3.0.5gm CuSO4
4.0.5gm MgSO4
此配置产生43mv的VO，其中负载电阻为10kΩ，上部电极为阳极。
实施例2：然而，上部电极无需总是为阳极。例如，250ml烧杯，具有上部铜电极和下部铜电极，用五元电解质混合物填充：
1.100ml、1摩尔的Al2(SO4)3+溶液
2.H2O
3.100ml、1摩尔的ZnSO4+H2O溶液
4.1gm CuSO4
5.0.2gm、4.2摩尔的H2SO4溶液
此配置在RL＝10mΩ时产生-14mv，在RL＝10kΩ时产生-10.5mv，在RL＝1kΩ时产生-4.6mv。电压值前的负号表示阳极为下部电极。此极性符号法则采用自19世纪时代的重力电池组，其中上部电极为阳极或负极。所以，据说其中阳极为上部电极的本发明的全部优选实施方案具有正极性，且阳极为下部电极的本发明的全部优选实施方案具有负极性。
实施例1和实施例2中利用的多电解质混合物专门设计为利用1)持续增强电池电极处的电化学不平衡态的重力，与2)持续削弱电化学不平衡态的外部电负载的加载作用之间的对抗。
与其中单电解质混合物被设计为利用电池的两个电极处的单电解质的浓度差的浓差电池相反。
对于一般浓差电池和对于前面引用的浓差电池而言，接触稀电解质部分的电极总是阳极，且接触浓电解质部分的电极总是阴极。更具体而言，对于两处引用的“Concentration Cells Utilizing External Fields”而言，上部电极总是阳极，且下部电极总是阴极。如″Copper(II)Concentration Cell″中所述：“上部电极可释放Cu2+离子到稀溶液中”，换言之，对于″Copper(II)Concentration Cell″而言，上部电极总是阳极。此外，如美国专利No.6,746,788(Borsuk)所述：“这显示电压VO的极性取决于电池到场的取向。在如图3A和图3B所表示的优选的实施方案中，阴极总是下部电极，且阳极总是上部电极”。
以上实施例2证明本发明和本发明的优选实施方案明显偏离浓差电池且对浓差电池有所改进。具体而言，电压VO的极性取决于两个电极处的特定电化学环境。此特征为进一步研究和研发提供更为宽广的领域且在浓差电池方面提供更为灵活的设计选择。
以上实施例2证明本发明的基本现象和本发明的优选实施方案操作和方法明显偏离现有技术且对现有技术有所改进并且基本上与现有技术不同。
本发明公开了一种用于将重力转换成电动势的方法。本文所引用的现有技术无一公开用于将重力转换成电动势的方法。由本发明的优选实施方案实现的的重力到电动势的转换被视为明显偏离现有技术且对现有技术有所改进。
本发明的优选实施方案利用重力来使多电解质发散或电化学不平衡态返回到其初始情形或强度，此明显偏离现有技术且对现有技术有所改进。
本发明的优选实施方案利用的电极可再度使用，且系统中电极材料的量不发生变化。此时，随着已损失足够的阳极质量并且得到足够的阴极质量，简单反转两个电极的相对位置和连续产生电能的能力被视为明显偏离现有技术且对现有技术有所改进。
根据本文所公开的以上原因和其它原因，本发明的优选实施方案可视为除浓差电池之外的不同种类。
结论：在物理学和工程学中，能量变换或能量转换是一种能量形式到另一种能量形式的任何过程。化石燃料、太阳辐射或核燃料的能量可转换成其它能量形式，例如对我们更有用的电、推进力或供热。体系通常是用来变换能量。根据本文所公开的方法，本发明的优选实施方案为将重力能、与重力场有关的能量转换成电能的电化学体系。
本说明书通篇存在诸多以申请号和本发明者引用的专利/申请。这些专利/申请的公开内容全文据此以引用的方式并入本说明书中，以充分描述现有技术的状况。为维持公开内容的合理长度，也以引用的方式并入使用各领域技术人员已知的普通构件的其它元件，而且这些构件并未包含于本文中。本文所公开的重力电池和浓差电池的任何优选的实施方案可使用将来构件来促成所公开的元件，虽然此时本发明者并未合理预见到这些构件，但是将以引用的方式并入本文中。
很明显，根据本文的公开内容，对本发明的重力伏打电池20的许多替代、修改和变动对所述领域技术人员是显而易见的。期望本发明的公认范围由所附权利要求确定而非由以上说明书的语言确定，且期望形成相互协作等效物的全部这些替代、修改和变动包含于本权利要求的精神和范围之内。
零部件清单
1毫伏计
2阳极电极
3容器
4电解质混合物
5阴极电极
6较大部分的较大密度电解质混合物
7和8绝缘套
9可变负载电阻器
10电极2的水平部分
11电极5的水平部分
12驱动器
13个人计算机
14打印机
16压敏可变负载电阻器′VDVRL′
17电流计
S1负载′接入电路′/′自电路断开′开关
20本发明的第一优选实施方案
20′本发明的第二优选实施方案

Claims (13)

1.一种用于将重力转换成电能的重力伏打电池，所述重力伏打电池包括：
a.容器；
b.设置于所述容器中的至少两种电解质的电解质混合物，所述至少两种电解质具有较小密度电解质部分和较大密度电解质部分；
c.两个类似的电极，接触所述分布较多的较小密度电解质部分的上部电极，和接触所述分布较多的较大密度电解质部分的下部电极；以及
d.外部电负载，其跨接两个所述电极而用来消耗所述电能；且
其中所述重力伏打电池的所述上部电极与所述下部电极之间存在电化学不平衡状态，所述电化学不平衡态在所述容器的较高容量附近有分布较多的电解质混合物的较小密度电解质部分，且在所述容器的较低容量附近有分布较多的电解质混合物的较大密度部分。
2.根据权利要求1所述的重力伏打电池，其中重力场维持一定量的所述至少两种电解质的密度偏差状态。
3.根据权利要求2所述的重力伏打电池，其中所述至少两种电解质的所述上部容量和下部容量与所述上部电极和下部电极相对于所述重力场而保持在静态位置。
4.一种用于将重力转换成电能的重力伏打电池，所述重力伏打电池包括：
a.容器；
b.设置于所述容器中的至少含有两种电解质的电解质混合物，所述至少两种电解质具有至少一种较小密度电解质和至少一种较大密度电解质；
c.两个类似的电极，接触所述分布较多的至少一种较小密度电解质的上部电极，和所述接触分布较多的至少一种较大密度电解质的下部电极；和
d.外部电负载，其跨接两个所述电极而用来消耗所述电能；且
其中所述重力伏打电池的所述上部电极与所述下部电极之间存在电化学不平衡状态，所述电化学不平衡态在所述容器的较高容量附近有分布较多的电解质混合物的较小密度部分，且在所述容器的较低容量附近有分布较多的电解质混合物的较大密度部分。
5.根据权利要求4所述的重力伏打电池，其中重力场维持一定量的所述至少两种电解质的密度偏差状态。
6.根据权利要求5所述的重力伏打电池，其中所述至少两种电解质的所述上部容量和下部容量与所述上部电极和下部电极相对于所述重力场而保持在静态位置。
7.一种生产用于将重力转换成电能的重力伏打电池的方法，包括：
a.提供至少两种电解质的电解质混合物，所述至少两种电解质包括至少一种较小密度电解质和至少一种较大密度电解质；
b.提供维持一定量所述至少两种电解质的密度偏差的重力场，所述至少两种电解质的所述偏差具有共同中点，自所述共同中点处，全部或部分的所述至少一种较小密度电解质被维持在所述电解质混合物的总容量的上部，且全部或部分的所述至少一种较大密度电解质被维持在所述电解质混合物的总容量的下部；
c.提供两个类似的电极，接触所述分布较多的至少一种较小密度电解质的上部电极，和接触所述分布较多的至少一种较大密度电解质的下部电极；
d.提供跨接两个所述电极而用来消耗所述电能的外部电负载；和
e.相对于所述重力场将所述容量的至少两种电解质与所述上部电极和下部电极保持在静态位置。
8.根据权利要求7所述的生产重力伏打电池的方法，其中转换成电能的所述重力产生自在所述重力伏打电池的所述上部电极和所述下部电极处持续增强电化学不平衡态的重力，与在所述重力伏打电池的所述上部电极和所述下部电极处持续削弱所述电化学不平衡态的外部电负载的加载作用之间的对抗。
9.根据权利要求7所述的生产重力伏打电池的方法，其中所述持续增强所述电化学不平衡态与所述持续削弱所述电化学不平衡态同时发生且互相抵消，使得所述重力伏打电池的电化学不平衡态的量保持在相对稳定的状态。
10.根据权利要求7所述的生产重力伏打电池的方法，其中当与典型不可再充电伽伐尼电池的放电循环期间，以及典型可再充电伽伐尼电池的放电循环期间电化学不平衡态的量均衡时相比较时，另外当与所述典型不可再充电伽伐尼电池的充电循环期间电化学不平衡态的量不均衡时相比较时，所述持续增强所述电化学不平衡态与所述持续削弱所述电化学不平衡态同时发生且互相抵消，使得所述重力伏打电池的电化学不平衡态的量保持在相对稳定的状态。
11.一种生产用于将重力转换成电能的重力伏打电池的方法，包括：
a.提供至少两种电解质的电解质混合物，所述至少两种电解质包括至少一种较小密度电解质和至少一种较大密度电解质；
b.提供维持一定量的至少两种电解质的密度偏差的重力场，所述至少两种电解质的所述偏差具有共同中点，自所述共同中点处，全部或部分的所述至少一种较小密度电解质被维持在所述电解质混合物的上部容量附近，且全部或部分的所述至少一种较大密度电解质被维持在所述电解质混合物的下部容量附近；
c.提供两个类似的电极，接触所述分布较多的至少一种较小密度发散电解质的上部电极，和接触所述分布较多的至少一种较大密度电解质的下部电极；
d.提供跨接两个所述电极而用来消耗所述电能的外部电负载；和
e.相对于所述重力场将所述容量的至少两种电解质与所述上部电极和下部电极保持在静态位置。
12.根据权利要求11所述的生产重力伏打电池的方法，其中转换成电能的所述重力产生自在所述重力伏打电池的所述上部电极和下部电极处持续增强电化学不平衡态的重力，与在所述重力伏打电池的所述上部电极和下部电极处持续削弱所述电化学不平衡态的外部电负载的加载作用之间的对抗。
13.根据权利要求11所述的生产重力伏打电池的方法，其中当与典型不可再充电伽伐尼电池的放电循环期间，以及典型可再充电伽伐尼电池的放电循环期间电化学不平衡态的量均衡时相比较时，另外当与所述典型不可再充电伽伐尼电池的充电循环期间电化学不平衡态的量不均衡时相比较时，所述持续增强所述电化学不平衡态与所述持续削弱所述电化学不平衡态同时发生且互相抵消，使得所述重力伏打电池的电化学不平衡态的量保持在相对稳定的状态。
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