CN102544631B - 一种自耗燃料发电装置的固体电极 - Google Patents

一种自耗燃料发电装置的固体电极 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种自耗燃料发电装置的固体电极，该固体电极包括正极板(1)和负极板(2)；其特征在于，所述正极板(1)包括石墨、炭粉、氧化锰、固化剂和金属网；所述负极板(2)包括稀土元素、铋、锡、镓、镁、锌、铝；其中，所述石墨的重量百分比为15～30，所述炭粉的重量百分比为12～35，所述氧化锰的重量百分比为20～50，所述固化剂的重量百分比为9～25，所述铋的重量百分比为0.5～5.3，所述锡的重量百分比为0.7～5.5，所述镓的重量百分比为0.21～3.2，所述镁的重量百分比为0.6～4.5，所述锌的重量百分比为0.8～7.6，所述铝的重量百分比为64.30～96.46。

Description

一种自耗燃料发电装置的固体电极
技术领域
本发明特别涉及一种自耗燃料发电装置的固体电极。
背景技术
随着工业的发展，科技的进步，能耗量日益增加，而能源的储量却日益减少，为解决能源危机，为缓和能源的紧张局面，世界各国都投入大量的人力物力，研究开发新能源和再生能源的利用。就发电而言种类也很多，如火力发电，水力发电，风力发电，太阳能发电，海潮发电，地热发电，核发电，化学发电等。而上述这些发电方法，有的严重污染环境，有的受到外界环境的影响，有的投资大，成本高。
发明内容
本发明的目的在于，提出一种新型自耗燃料发电装置的固体电极，其结构十分简单，发电时不产生污染，发电不受外界环境和条件的影响，不发出声音，是隐形发电装置。
为实现上述发明目的，本发明提出一种自耗燃料发电装置的固体电极，该固体电极包括正极板和负极板；其特征在于，所述正极板包括石墨、炭粉、氧化锰、固化剂和金属网；所述负极板包括稀土元素、铋、锡、镓、镁、锌、铝；其中，所述石墨的重量百分比为15～30，所述炭粉的重量百分比为12～35，所述氧化锰的重量百分比为20～50，所述固化剂的重量百分比为9～25，所述铋的重量百分比为0.5～5.3，所述锡的重量百分比为0.7～5.5，所述镓的重量百分比为0.21～3.2，所述镁的重量百分比为0.6～4.5，所述锌的重量百分比为0.8～7.6，所述铝的重量百分比为64.30～96.46。
更优选地，所述石墨为磷石墨、土石墨或磷石墨、土石墨二者组合。
更优选地，所述炭粉为乙炔炭粉、木炭粉或乙炔炭粉、木炭粉二者组合。
更优选地，所述固化剂为PE、聚四氟乙烯、LD0020或PE、聚四氟乙烯、LD0020三者组合。
更优选地，所述稀土元素为镨，重量百分比为0.2％～3.1％；或稀土元素为铈，重量百分比为0.43％～4.2％；或所述稀土元素为镧，重量百分比为0.1％～2.3％。
更优选地，所述稀土元素为镨和铈的二者组合，重量百分比为0.63％～7.3％；或所述稀土元素为铈和镧的二者组合，重量百分比为0.53％～6.5％；所述稀土元素为镨和镧的二者组合，重量百分比为0.3％～5.4％。
更优选地，所述稀土元素为镨、铈、镧三者组合，重量百分比为0.73％～9.5％。
本发明提出的一种固体电极自耗燃料发电装置具有如下优点：
1)：比能量较高，710WH/Kg。
2)：真正的绿色电源，生产、使用和报废都不产生污染。
3)：连续发电时间长，1厘米厚的负极板可连续发电400～600小时，即连续发电时间＝400～600小时/负极板的厚度1厘米*负极板的实际厚度t厘米。
4)：工作特性好，在长时间连续发电中，电压和电流保持恒定不变。
5)：保密性极强，发电时无声音，无震动，无异味，不产生红外线和紫外线，是一种隐形电源。
6)：工作不受外界条件限制，可在-40℃～80℃的环境温度下正常工作。
7)：安全性能好，无辐射，无腐蚀，不会产生燃烧和爆炸。
8)：结构简单，成本低，操作简便、容易。
9)：应用范围十分广泛，如用于照明灯用电源、矿井帽用灯电源、割胶灯用电源、信号灯用电源、通讯设施用电源、仪器仪表用电源、电动自助车用电源、电动三轮车用电源、电动摩托车用电源、电动汽车用电源和发电站等等。
附图说明
图1为一种具有本发明提出的固体电极的自耗燃料发电装置结构示意图之一；
图2为一种具有本发明提出的固体电极的自耗燃料发电装置结构示意图之二；
图3为一种具有本发明提出的固体电极的自耗燃料发电装置结构示意图之三；
图4为一种具有本发明提出的固体电极的自耗燃料发电装置结构示意图之四；
图5为一种具有本发明提出的固体电极的自耗燃料发电装置结构示意图之五；
图6为一种具有本发明提出的固体电极的自耗燃料发电装置结构示意图之六；
图7为一种具有本发明提出的固体电极的自耗燃料发电装置中N个发电单元串联示意图；
图8为一种具有本发明提出的固体电极的自耗燃料发电装置中M个发电单元并联示意图；
图9为一种具有本发明提出的固体电极的自耗燃料发电装置中每组N个发电单元串联且M组发电单元并联示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明的技术方案进行进一步详细的说明。
如图1所示，图1为一种具有本发明提出的固体电极的自耗燃料发电装置结构示意图之一。其发电单元装置是由壳体3、一个负极板2、两个正极板1、密封盖子4、导电介质6、循环泵5和沉积室7组成。
如图2所示，图2为一种具有本发明提出的固体电极的自耗燃料发电装置结构示意图之二。它是由一个正极板1，一个负极板2，密封盖子4，导电介质6，循环泵5，沉积室7等组成。密封盖子4是由保护罩子(有孔或无孔)，透气板，固定负极板的夹具或对插件，密封橡胶垫片，弹簧卡等部件组成。
如图3所示，图3为一种具有本发明提出的固体电极的自耗燃料发电装置结构示意图之三。它是由两个正极板1，两个负极板2，导电介质6，密封盖子4，循环泵5和沉积室7组成。
如图4所示，图4为一种具有本发明提出的固体电极的自耗燃料发电装置结构示意图之四。其发电单元由壳体3，两个正极板1，一个负极板2，密封盖子4和导电介质6组成。
如图5所示，图5为一种具有本发明提出的固体电极的自耗燃料发电装置结构示意图之五。其发电单元装置由壳体3，一个负极板2，一个正极板1，密封盖子4和导电介质6组成。
如图6所示，图6为一种具有本发明提出的固体电极的自耗燃料发电装置结构示意图之六。其发电单元装置由壳体3，两个负极板2，两个正极板1，密封盖子4和导电介质6组成。
如图7所示，图7为一种具有本发明提出的固体电极的自耗燃料发电装置中N个发电单元串联示意图。整个发电装置由上述(1到6)N个发电单元串联组成，整个发电装置的电压等于NV0(V0为发电单元的电压)，整个发电装置的电流等于I0(I0为发电单元的电流)。即：
V＝NV0；(V0为发电单元的电压)
I＝I0；(I0为发电单元的电流)
W＝IV＝I0NV0＝N I0V0
如图8所示，图8为一种具有本发明提出的固体电极的自耗燃料发电装置中M个发电单元并联示意图。整个发电装置由上述(1到6)M个发电单元装置并联组成，整个发电装置的电压等于V0(V0为发电单元的电压)，整个发电装置的电流等于MI0(I0为发电单元的电流)。即：
V＝V0(V0为发电单元的电压)
I＝M I0(I0为发电单元的电流)
W＝IV＝M I0V0
如图9所示，图9为一种具有本发明提出的固体电极的自耗燃料发电装置中每组N个发电单元串联且M组发电单元并联示意图。整个发电装置可以由上述(1到6)M个发电单元装置并联，再由上述(1到6)N个发电单元装置串联组成，整个发电装置的电压等于NV0(V0为发电单元装置的电压)，整个发电装置的电流等于MI0(I0为发电单元装置的电流)。即：
V＝NV0；(V0为发电单元的电压)
I＝MI0；(I0为发电单元的电流)
W＝IV＝MI0NV0＝MN I0V0
发电单元装置的性能指标为电压(V0)等于0.9伏特～1.0伏特，电流密度(I0)等于电流密度0.014安培/平方厘米～0.015安培/平方厘米*正极板的面积(平方厘米)。
连续发电时间等于40～60小时/负极板的厚度1毫米*负极板的实际厚度t毫米。因此，本发明的固定电极连续发电时间长，1厘米厚的负极板可连续发电400～600小时，即连续发电时间＝400～600小时/负极板的厚度1厘米*负极板的实际厚度t厘米。
如果整个发电装置是由N个发电单元装置串联组成，则整个发电装置的电压V＝NV0，整个发电装置的电流I＝I0。
如果整个发电装置是由M个发电单元装置并联组成，则整个发电装置的电压V＝V0，整个发电装置的电流I0＝MI0。
固体电极自耗燃料发电装置的工作原理是：在一个特定的装置中，通过特制负极板的自身消耗产生电，只要我们及时补充已消耗掉的负极板，发电装置就能连续不断的发电，正极板是长期使用的。负极板为多元稀土合金板(Mx)，正极板为金属与非金属复合板，由于正极板的催化作用，通过下列反应(1)产生电子，电子通过导电介质移向正极板，接上负载，形成回路，导出电流，负载开始工作。这个发电装置发出的电是直流电，但可通过转换器(逆变器)变成交流电。
Mx++O2+H2O→M(OH)Y+Ne-                (1)
负极板为稀土合金板，它的生产工艺是：配料→冶炼→铸锭→锻造→开坯→粗扎→中扎→精扎到所要的厚度。
稀土合金板的化学成份是：工业用纯铝，64.30％～96.46％+工业纯稀土镧(La)0.1％～2.3％+工业用纯镨(Pr)0.2％～3.1％+工业用纯铈(Ce)0.43％～4.2％+(或三种稀土一至两种)+工业用纯铋0.5％～5.3％+工业用纯镁0.6％～4.5％+工业用纯锡0.7％～5.5％+工业用纯锌0.8％～7.6％+工业用纯镓0.21％～3.2％。
固体电极自耗燃料发电装置用正极板的制作：
正极板为金属与非金属的复合板，它的生产工艺是：配料→研混→装入模具→压结实→送入加热炉→加热→保温→出炉→加压冷却到室温→卸压→脱模清理→检验→入库备用。
正极板为金属与非金属的复合板，它的组成物质是：石墨+碳+氧化锰+固化剂+金属网。其中石墨是磷石墨或土石墨或两种的组合，重量百分比为15％～30％；碳是木碳或乙炔碳或两种的组合，重量百分比为12％～35％；氧化锰重量百分比为20％～50％；固化剂是LD0020或聚四氟乙烯或PE或三种的组合，重量百分比为9％～25％；金属网是铜网或镀锌铜网或镀镍铜网或镀银铜网或不锈钢网或铁网或镀锌铁网或镀镍铁网，尺寸大小与正极板面积一样大。
固体电极自耗燃料发电装置组装工艺流程：将正极板固定到发电单元装置的壳体上→安装正极板的电线及插头→安装负极板的电线及插头→安装盖子的密封圈及盖子→进行防渗漏试验→进行发电试验→进行外观检测→包装入库。
实施例：
实施例1：负极板由铋0.6％+锡3％+镓0.21％+镁1.5％+锌0.8％+铝91.04％+铈0.7％+鑭0.15％+镨2％组成，经冶炼，加工成所需厚度的板材，切成所需尺寸的块，安装到发电单元装置的盖子上，使用一块，是消耗件。正极板由不锈钢网+磷石墨5％+土石墨15％+木碳10％+乙炔碳粉19％+氧化锰35％+LD0020 16％等组成，经模压成型，面积576cm2(可根据发电量大小的要求增加或减小面积)，嵌镶到发电单元装置的壳体上，使用两块，长期使用。
在发电单元装置中，加入导电介质(呈中性，含钙离子、钠离子、钾离子和镁离子)，安上循环泵和沉积室，盖上盖子，接上电线，固体电极自耗燃料发电单元装置便制成，如图1所示。电压为(0.9-1.0)伏特，电流为(17～18)安培。由N个这样固体电极自耗燃料发电单元装置串联组成的固体电极自耗燃料发电装置，可发出的电力，电压为(0.9～1.0)N伏特电流为(17～18)安培，功率为W＝(17～18)安培×(0.9～1.0)N伏特＝(17～18)×(0.9～1.0)N瓦。若是由M个这样固体电极自耗燃料发电单元装置并联组成固体电极自耗燃料发电装置，可发出的电力，电压为(0.9～1.0)伏特，电流为(17～18)M安培，功率为W＝(17～18)M×(0.9～1.0)瓦。
实施例2：负极板由铋1.5％+锡0.8％+镓2.0％+镁3.5％+锌1.6％+铝87.6％+铈1.9％+鑭1.1％组成，经冶炼，加工成所需厚度的板材，切成所需尺寸的块，安装到发电单元装置的盖子上，使用一块，是消耗件。正极板由铜网+磷石墨10％+土石墨20％+木碳4％+乙炔碳粉21％+氧化锰25％+PE5％+聚四氟乙烯15％等组成，经模压成型，面积576cm2(可根据发电量大小的要求增加或减小面积)，嵌镶到发电单元装置的壳体上，使用一块，长期使用。
在发电单元装置中，加入导电介质(呈中性，含钙离子、钠离子、钾离子和镁离子)，安上循环泵和沉积室，盖上盖子，接上电线，固体电极自耗燃料发电单元装置便制成，如图2所示，电压为(0.9～1.0)伏特，电流为(8～9)安培。由N个这样固体电极自耗燃料发电单元装置串联组成的固体电极自耗燃料发电装置，可发出的电力，电压为(0.9～1.0)N伏特电流为(8～9)安培，功率为W＝(8～9)安培×(0.9～1.0)N伏特＝(8～9)×(0.9～1.0)N瓦。若是由M个这样固体电极自耗燃料发电单元装置并联组成固体电极自耗燃料发电装置，可发出的电力，电压为(0.9～1.0)伏特，电流为(8～9)M安培，功率为W＝(8～9)M×(0.9～1.0)瓦。
实施例3：负极板由铋3.5％+锡1.5％+镓2.5％+镁2.5％+锌6.5％+铝81.2％+鑭2.3％组成，经冶炼，加工成所需厚度的板材，切成所需尺寸的块，安装到发电单元装置的盖子上，使用两块，是消耗件。正极板由铁网+磷石墨15％+土石墨10％+木碳20％+乙炔碳粉5％+氧化锰40％+聚四氟乙烯10％等组成，经模压成型，面积576cm2(可根据发电量大小的要求增加或减小面积)，嵌镶到发电单元装置的壳体上，使用两块，长期使用。
在发电单元装置中，加入导电介质(呈中性，含钙离子、钠离子、钾离子和镁离子)，安上循环泵和沉积室，盖上盖子，接上电线，固体电极自耗燃料发电单元装置便制成，如图3所示。电压为(1.8～2.0)伏特，电流为(8～9)安培。由N个这样固体电极自耗燃料发电单元装置串联组成的固体电极自耗燃料发电装置，可发出的电力，电压为(1.8～2.0)N伏特电流为(8～9)安培，功率为W＝(8～9)安培×(1.8～2.0)N伏特＝(8～9)×(1.8～2.0)N瓦。若是由M个这样固体电极自耗燃料发电单元装置并联组成固体电极自耗燃料发电装置，可发出的电力，电压为(1.8～2.0)伏特，电流为(8～9)M安培，功率为W＝(8～8)M×(1.8～2.0)瓦。
实施例4：负极板由铋1.0％+锡3.5％+镓3.0％+镁0.9％+锌5.5％+铝84.0％+铈1.5％+镨0.6％组成，经冶炼，加工成所需厚度的板材，切成所需尺寸的块，安装到发电单元装置的盖子上，使用一块，是消耗件。正极板由镀锌铁网+磷石墨20％+土石墨8％+木碳22％+乙炔碳粉8％+氧化锰28％+PE14％等组成，经模压成型，面积576cm2(可根据发电量大小的要求增加或减小面积)，嵌镶到发电单元装置的壳体上，使用两块，长期使用。
在发电单元装置中，加入导电介质(呈中性，含钙离子、钠离子、钾离子和镁离子)，盖上盖子，接上电线，固体电极自耗燃料发电单元装置便制成，如图4所示。电压为(0.9～1.0)伏特，电流为(17～18)安培。由N个这样固体电极自耗燃料发电单元装置串联组成的固体电极自耗燃料发电装置，可发出的电力，电压为(0.9～1.0)N伏特，电流为(17～18)安培，功率为W＝(17～18)安培×(0.9～1.0)N伏特＝(17～18)×(0.9～1.0)N瓦。若是由M个这样固体电极自耗燃料发电单元装置并联组成固体电极自耗燃料发电装置，可发出的电力，电压为(0.9～1.0)伏特，电流为(17～18)M安培，功率为W＝(17～18)M×(0.9～1.0)瓦。
实施例5：负极板由铋0.5％+锡5.0％+镓2.7％+镁1.8％+锌3.5％+铝82.6％+鑭2.0％+镨1.9％等组成，经冶炼，加工成所需厚度的板材，切成所需尺寸的块，安装到发电单元装置的盖子上，使用一块，是消耗件。正极板由镀镍铁网+磷石墨25％+土石墨5％+木碳8％+乙炔碳粉18％+氧化锰31％+PE3％+LD0020 10％等组成，经模压成型，面积576cm2(可根据发电量大小的要求增加或减小面积)，嵌镶到发电单元装置的壳体上，使用一块，长期使用。
在发电单元装置中，加入导电介质(呈中性，含钙离子、钠离子、钾离子和镁离子)，盖上盖子，接上电线，固体电极自耗燃料发电单元装置便制成，如图5所示，电压为(0.9～1.0)伏特，电流为(8～9)安培。由N个这样固体电极自耗燃料发电单元装置串联组成的固体电极自耗燃料发电装置，可发出的电力，电压为(0.9～1.0)N伏特电流为(8～9)安培，功率为W＝(8～9)安培×(0.9～1.0)N伏特＝(8～9)×(0.9～1.0)N瓦。若是由M个这样固体电极自耗燃料发电单元装置并联组成固体电极自耗燃料发电装置，可发出的电力，电压为(0.9～1.0)伏特，电流为(8～9)M安培，功率为W＝(8～9)M×(0.9～1.0)瓦。
实施例6：负极板由铋4.0％+锡0.75％+镓1.8％+镁4.3％+锌6.6％+铝78.95％+铈0.5％+镨3.1％等组成，经冶炼，加工成所需厚度的板材，切成所需尺寸的块，安装到发电单元装置的盖子上，使用两块，是消耗件。正极板由镀银铜网+磷石墨18％+土石墨9％+木碳12％+乙炔碳粉11％+氧化锰32％+聚四氟乙烯15％等组成，经模压成型，面积576cm2(可根据发电量大小的要求增加或减小面积)，嵌镶到发电单元装置的壳体上，使用两块，长期使用。
在发电单元装置中，加入导电介质(呈中性，含钙离子、钠离子、钾离子和镁离子)，盖上盖子，接上电线，固体电极自耗燃料发电单元装置便制成，如图6所示。电压为(1.8～2.0)伏特，电流为(8～9)安培。由N个这样固体电极自耗燃料发电单元装置串联组成的固体电极自耗燃料发电装置，可发出的电力，电压为(1.8～2.0)N伏特电流为(8～9)安培，功率为W＝(8～9)安培×(1.8～2.0)N伏特＝(8～9)×(1.8～2.0)N瓦。若是由M个这样固体电极自耗燃料发电单元装置并联组成固体电极自耗燃料发电装置，可发出的电力，电压为(1.8～2.0)伏特，电流为(8～9)M安培，功率为W＝(8～9)M×(1.8～2.0)瓦。
以上可以得出，本发明提出的固定电极工作特性好，在长时间连续发电中，电压和电流保持恒定不变。保密性极强，发电时无声音，无震动，无异味，不产生红外线和紫外线，是一种隐形电源。工作不受外界条件限制，可在-40℃～80℃的环境温度下正常工作。安全性能好，无辐射，无腐蚀，不会产生燃烧和爆炸。结构简单，成本低，操作简便、容易。应用范围十分广泛，如用于照明灯用电源、矿井帽用灯电源、割胶灯用电源、信号灯用电源、通讯设施用电源、仪器仪表用电源、电动自助车用电源、电动三轮车用电源、电动摩托车用电源、电动汽车用电源和发电站等等。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种自耗燃料发电装置的固体电极，该固体电极包括正极板(1)和负极板(2)；其特征在于，所述正极板(1)包括石墨、炭粉、氧化锰、固化剂和金属网；所述负极板(2)包括稀土元素、铋、锡、镓、镁、锌、铝；其中，所述石墨占所述正极板(1)的重量百分比为15～30，所述炭粉占所述正极板(1)的重量百分比为12～35，所述氧化锰占所述正极板(1)的重量百分比为20～50，所述固化剂占所述正极板(1)的重量百分比为9～25，所述铋占所述负极板(2)的重量百分比为0.5～5.3，所述锡占所述负极板(2)的重量百分比为0.7～5.5，所述镓占所述负极板(2)的重量百分比为0.21～3.2，所述镁占所述负极板(2)的重量百分比为0.6～4.5，所述锌占所述负极板(2)的重量百分比为0.8～7.6，所述铝占所述负极板(2)的重量百分比为64.30～96.46，所述负极板为自耗燃料极板，所述稀土元素为镨、铈、镧三者组合，重量百分比为0.73～9.5。 
2.根据权利要求1所述的一种自耗燃料发电装置的固体电极，其特征在于，所述石墨为磷石墨、土石墨或磷石墨、土石墨二者组合。 
3.根据权利要求1所述的一种自耗燃料发电装置的固体电极，其特征在于，所述炭粉为乙炔炭粉、木炭粉或乙炔炭粉、木炭粉二者组合。 
4.根据权利要求1所述的一种自耗燃料发电装置的固体电极，其特征在于，所述固化剂为PE、聚四氟乙烯、或PE、聚四氟乙烯二者组合。 
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