CN103546061A - 一种浓差电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种浓差电池，所述浓差电池由电解质溶液、用于盛装电解质溶液的容器、半透膜以及惰性电极组成，其中，所述容器被所述半透膜分隔成等体积的第一分室和第二分室；所述惰性电极分别插在第一分室和第二分室的电解质溶液中。本发明的浓差电池结构简单，只需要定期补充水即可得到一个稳定、持续的、低电压的小电流，将多个这样的浓差电池并联起来，可以产生直接可被利用的电能。
Description
技术领域
本发明涉及一种电化学能收集的装置，特别是涉及一种浓差电池。
背景技术
传统的能源是从天然矿物如煤、石油等中获得的，由于其储量的有限性和其燃烧后对环境的污染，新能源一直被世界各国所重视和利用，如太阳能、风能、地热、水力和潮汐能等等。这些能源的利用取决于一个重要的条件——地域性，如太阳能的利用需要在一年四季阳光充足的地域内，风能的利用需要在一个常年有风的区域，地热和水力更需要有特殊的地理环境。
浓差电池是指电池内物质变化仅是由一物质由高浓度变成低浓度且伴随着过程吉布斯自由能变化转变成电能的一类电池。与自发扩散作用不同，在浓差电池中物质的转移是间接地通过电极反应以实现的，故其吉布斯自由能变可转变为电功。
浓差电池分“单液浓差电池”和“双液浓差电池”两大类。而双液浓差电池又分为“有液接电势浓差电池”和“消除液接电势浓差电池”。但不管是何种浓差电池，其电池的标准电动势均为零。这是由于Eθ（电池）=Eθ（正极）－Eθ（负极），而浓差电池所选用的电极的标准电极电势是一样的，即Eθ（正极）=Eθ（负极），所以有Eθ（电池）=0V。
浓差电池是一种把分子动能转化为电能的装置，传统的浓差电池的原理为：在两种浓度不同的溶液之间加一个半透膜，半透膜只允许阳离子通过，不允许阴离子通过，由于半透膜两侧的离子浓度不同，阳离子通过半透膜由高浓度的一侧向低浓度一侧扩散，从而形成电流，但是随着化学反应的进行，最后在半透膜两侧的溶液的浓度会达到一个平衡而不再产生电流。上述浓差电池实质是化学能转化成电能，电池的电容量是由两侧电解质溶液的浓度和物质属性决定的，它不能持续供电，若要持续供电需要不停的消耗化学能。
为了克服浓差电池的不能持续供电的缺陷，研究使浓差电池能够持续供电的技术方案越来越多，例如：申请号为201010508796.3的发明专利申请公开了一种可持续供电的流体盐差电池，该电池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。该盐差电池利用流动的电解质盐溶液提供可持续扩散的离子，为了获得持续不断的电流，必须不停地注入电解质盐溶液；又如申请号为200410048665.6的发明专利申请公开了一种可持续型浓差电池，在某一盐的不同浓度溶液中加一张半透膜，半透膜只允许该盐的阳离子通过，阴离子不可通过，则在该半透膜两侧形成电压差；利用此电压差形成电池。而电极则使用该盐的阳离子的金属，则当负极金属消耗完之后，交换电极则此电池可继续对外做功，总变化为可逆变化，该电池实质是利用了浓差电池两极的可逆反应变化来制造电流，必须经常更换金属电极，并且在实际使用时，两侧浓度差容易达到平衡，很难产生持续电流。
发明内容
本发明的目的是针对现有的浓差电池中存在的技术问题，提供一种不对称浓度差电池，本发明的浓差电池通过水分的蒸发为电池提供能量，本发明的浓差电池电压稳定、电流持续，只需要添加水即可保持电池两端电解质溶液的浓度差，不需要额外补充电解质，在任何环境条件下，都可以利用空气中的水蒸汽与溶液饱和蒸汽压之间的压力差收集能量，从而持续对外提供电流，本发明制备的浓差电池是传统能源的一种重要补充。
为实现本发明的目的，本发明一方面提供一种浓差电池，包括：盛装电解质溶液的容器、半透膜、两个惰性电极、第一电解质溶液、第二电解质溶液、导线，其中，所述半透膜将所述容器分隔成盛放所述第一电解质溶液的第一分室、盛放第二电解质溶液的第二分室，两个惰性电极分别放置于第一分室、第二分室内，并通过导线相连；并且第一电解质溶液浓度高于第二电解质溶液的浓度。
其中，所述电解质溶液为聚合物电解质的水溶液；所述半透膜为允许水分子、和比水分子直径小的离子和分子透过的半透膜。
特别是，所述聚合物电解质溶液选择聚丙烯酰胺溶液、聚丙烯酸钠、多聚磷酸钠或聚季胺盐溶液；所述半透膜为允许水分子透过的半透膜。
尤其是，所述半透膜选择火胶棉薄膜或羊皮纸薄膜；所述惰性电极选择惰性金属电极。
特别是，所述惰性金属电极为铂电极。
其中，所述第一电解质溶液的浓度与第二电解质溶液的浓度之比≥1000。
特别是，还包括密封盖，用于密封第二分室，防止第二分室内第二电解质溶液中的水分挥发。
其中，在所述密封盖上开设有用于向第二分室内添水的加水口。
特别是，所述加水口采用密封塞密封，需要向第二分室内添加水时，拔出密封塞，打开加水口，向第二分室加水。
其中，所述容器选择由聚四氟乙烯、玻璃、塑料、陶瓷或木质材料制成。
本发明另一方面提供一种浓差电池，包括：盛装电解质溶液的容器、半透膜、两个惰性电极、第一电解质溶液、第二电解质溶液、导线和将容器分隔成第一分室和第二分室的隔板，其中，所述半透膜安装在所述隔板上；第一分室内盛放所述第一电解质溶液，第二分室内盛放第二电解质溶液；两个惰性电极分别放置于第一分室、第二分室内，并通过导线相连，并且第一电解质溶液的浓度高于第二电解质溶液的浓度。
其中，所述电解质溶液为聚合物电解质的水溶液；所述半透膜为允许水分子、和比水分子直径小的离子和分子透过的半透膜。
特别是，所述聚合物电解质溶液选择聚丙烯酰胺溶液、聚丙烯酸钠溶液、多聚磷酸钠或聚季胺盐溶液；所述半透膜为允许水分子透过的半透膜。
其中，所述半透膜选择火胶棉薄膜或羊皮纸薄膜；所述惰性电极选择惰性金属电极。
特别是，所述惰性金属电极为铂电极。
其中，所述第一电解质溶液的浓度与第二电解质溶液的浓度之比≥1000。
特别是，还包括密封盖，用于密封第二分室，防止第二分室内第二电解质溶液中的水分挥发。
其中，在所述密封盖上开设有用于向第二分室内添水的加水口。
特别是，所述加水口采用密封塞密封，需要向第二分室内添加水时，拔出密封塞，打开加水口，向第二分室加水。
其中，所述容器选择由聚四氟乙烯、玻璃、塑料、陶瓷或木质材料制成。
本发明又一方面提供一种浓差电池，包括：两个吸附和容纳电解质溶液的存储介质，盛放存储介质的容器、半透膜、两个惰性电极、第一电解质溶液、第二电解质溶液、导线，其中，所述半透膜将所述容器分隔成盛放所述第一电解质溶液、吸附和容纳第一电解质溶液的存储介质的第一分室、盛放第二电解质溶液、吸附和容纳第二电解质溶液的存储介质的第二分室，两个惰性电极分别放置于第一分室、第二分室内，并通过导线相连；第一电解质溶液的浓度高于第二电解质溶液的浓度。
其中，所述存储介质由亲水聚合物制备而成，吸附和容纳电解质溶液，离子、水可以在溶胀的亲水性聚合物体系内自由移动。
特别是，所述亲水聚合物选择聚乙烯醇（PVA）、羟乙基纤维素(HEC)、淀粉接枝树脂或纤维素醚。
尤其是，所述存储介质是亲水聚合物的水凝胶。
其中，所述容器选择由聚四氟乙烯、玻璃、塑料、陶瓷或木质材料制成。
其中，所述电解质溶液为聚合物电解质的水溶液；所述半透膜为允许水分子、和比水分子直径小的离子和分子透过的半透膜。
特别是，所述聚合物电解质溶液选择聚丙烯酰胺溶液、聚丙烯酸钠溶液、多聚磷酸钠或聚季胺盐溶液；所述半透膜为允许水分子透过的半透膜。
其中，所述半透膜选择火胶棉薄膜或羊皮纸薄膜；所述惰性电极选择惰性金属电极。
特别是，所述惰性金属电极为铂电极。
其中，所述第一电解质溶液的浓度与第二电解质溶液的浓度之比≥1000。
特别是，还包括密封盖，用于密封第二分室，防止第二分室内第二电解质溶液中的水分挥发。
其中，在所述密封盖上开设有用于向第二分室内添水的加水口。
特别是，所述加水口采用密封塞密封，需要向第二分室内添加水时，拔出密封塞，打开加水口，向第二分室加水。
本发明再一方面提供一种浓差电池，包括：两个吸附和容纳电解质溶液的存储介质，盛放存储介质的容器、半透膜、两个惰性电极、第一电解质溶液、第二电解质溶液、导线和将容器分隔成第一分室和第二分室的隔板，其中，所述半透膜安装在所述隔板上；第一分室内盛放所述第一电解质溶液、吸附和容纳第一电解质溶液的存储介质；第二分室内盛放第二电解质溶液、吸附和容纳第二电解质溶液的存储介质；两个惰性电极分别放置于第一分室、第二分室内，并通过导线相连，并且第一电解质溶液的浓度高于第二电解质溶液的浓度。
其中，所述吸附和容纳电解质溶液的存储介质为亲水性聚合物。
特别是，所述亲水性聚合物选择聚乙烯醇（PVA）、羟乙基纤维素(HEC)、淀粉接枝树脂或纤维素醚。
尤其是，所述存储介质是亲水性聚合物的水凝胶。
其中，所述容器选择由聚四氟乙烯、玻璃、塑料、陶瓷或木质材料制成。
其中，所述电解质溶液为聚合物电解质的水溶液；所述半透膜为允许水分子、和比水分子直径小的离子和分子透过的半透膜。
特别是，所述聚合物电解质溶液选择聚丙烯酰胺溶液、聚丙烯酸钠溶液、多聚磷酸钠或聚季胺盐溶液；所述半透膜为允许水分子透过的半透膜。
其中，所述半透膜选择火胶棉薄膜或羊皮纸薄膜；所述惰性电极选择惰性金属电极。
特别是，所述惰性金属电极为铂电极。
其中，所述第一电解质溶液的浓度与第二电解质溶液的浓度之比≥1000。
特别是，还包括密封盖，用于密封第二分室，防止第二分室内第二电解质溶液中的水分挥发。
其中，在所述密封盖上开设有用于向第二分室内添水的加水口。
特别是，所述加水口采用密封塞密封，需要向第二分室内添加水时，拔出密封塞，打开加水口，向第二分室加水。
本发明具有如下优点：
1、本发明的浓差电池，只需在容器中定期补充水，不需要补充电解质溶液，就可以保证容器两侧维持稳定的浓度差，从而向外持续供电。
2、本发明的浓差电池，在无光照、风力等条件下，利用空气中的水蒸气与溶液饱和蒸汽压之间的无限小的压力收集能量，是传统能源的一种重要补充。
3、本发明的浓差电池，结构简单，制备工序简单，成本低。
附图说明
图1是实施例1浓差电池的结构示意图；
图2是实施例1浓差电池电压测定示意图；
图3是实施例2浓差电池的结构示意图；
图4是实施例2浓差电池电压测定示意图；
图5是实施例3浓差电池的结构示意图；
图6是实施例3浓差电池电压测定示意图；
图7是实施例4浓差电池的结构示意图；
图8是实施例4浓差电池电压测定示意图。
附图标记：1、容器；11、第一分室；12、第二分室 2、半透膜；3、惰性电极；4、第一电解质溶液；5、第二电解质溶液；6、导线；7、隔板；8、存储介质；9、台式万用表；10、密封盖；13、加水口；14、密封塞。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步描述本发明，本发明优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。
实施例1
如图1、2所示，本发明的浓差电池包括盛装电解质溶液的容器1、允许水分子透过的半透膜2、两个惰性电极3、第一电解质溶液4、第二电解质溶液5、导线6和隔板7。
容器1被所述包含有半透膜2的隔板7分隔成用于盛放第一电解质溶液4的第一分室11和用于盛放第二电解质溶液5的第二分室12，其中，半透膜2安置在隔板7上，用于使容器内的水分子自由透过隔板，在第一分室和第二分室之间自由渗透。
半透膜2可以安装在隔板7的任何部位，例如安装在隔板7的下部，半透膜2与容器1的底部紧密接触，将容器1分成第一分室和第二分室，当容器内盛放电解质溶液时，电解质溶液中的水分子、其他比水分子直径小的离子和分子可以自由透过半透膜；也可以安装在隔板7的中部、中间等。
本发明实施例中以第一分室内盛放的第一电解质溶液的浓度高于第二分室内第二电解质溶液的浓度为例进行解释说明。本发明中半透膜除了能透过水分子之外，其他比水分子直径小的离子和分子也能透过半透膜。
第一分室11的顶部敞开，利于第一电解质溶液中水分的挥发；第二分室12的顶部设有密封盖10，即密封盖10将由隔板7和容器1一端的侧壁形成的空间密封，用于将第二分室12密封。由于第一分室内电解质溶液的浓度高于第二分室内电解质溶液的浓度，第二分室内电解质溶液中的水分透过半透膜2向第一分室内扩散，并且由于第一分室的顶部敞开，第一分室内电解质溶液中的水分不断挥发，使得第一分室内的电解质溶液的浓度不断升高，导致第二分室内电解质溶液中的水分不断通过半透膜渗透至第一分室，使第一分室11失去的水可以通过半透膜2而得到补充，形成一个稳定持续的浓度差。
为了防止第二分室12内电解质溶液5由于水分子通过半透膜持续渗透至第一分室11，导致其浓度升高，降低了第一分室内第一电解质溶液4和第二分室内第二电解质溶液5之间的浓度差，在第二分室12顶部设置的密封盖10上开设加水口13，用于向第二分室12内加入水，保持第一分室和第二分室内电解质溶液间的浓度差，使形成稳定持续的浓度差。
加水口13用密封塞14密封，待欲向第二分室12内添加水的时候打开密封塞，向第二分室内加水，加水完毕后，盖上密封塞。
两个惰性电极3分别放置在第一分室11内的第一电解质溶液4和第二分室12内的第二电解质溶液5中，两个惰性电极之间通过导线6连接，形成连通的电流回路，形成本发明的不对称浓差电池，该浓差电池可以得到一个稳定、持续的、低电压的小电流。若把多个这样的小电流产生单元并联起来，则可以产生直接可被利用的电能。
本发明中所述容器1可以为任何形状，例如长方体、正方体、圆柱体等；所述容器选择聚四氟乙烯、玻璃、塑料、陶瓷或木质材料制成；所述电解质溶液为聚合物电解质水溶液，例如聚丙烯酸钠水溶液，聚丙烯酰胺水溶液，聚季胺盐水溶液等；所述半透膜选择性透过水分子、其他比水分子直径小的离子和分子的薄膜，例如火胶棉薄膜、羊皮纸薄膜、细胞膜或膀胱膜等。
本实施例中半透膜2选用火胶棉薄膜，将火胶棉薄膜设置在隔板7的下部，即火胶棉薄膜上端与隔板7的下部紧密接触，火胶棉薄膜的下端与容器1的底部紧密接触，将容器1分隔成两部分，即第一分室和第二分室。
1、制备浓差电池
1）将聚丙烯酰胺加入到水中，搅拌、溶解均匀，分别配制成浓度为0.1、0.0001mol//L的聚丙烯酰胺溶液（即电解质溶液4、5），备用；
2）将浓度为0.0001mol//L的聚丙烯酰胺溶液（即第二电解质溶液5）加入到第二分室12中，将浓度为0.1mol//L的聚丙烯酰胺溶液（即第一电解质溶液4）加入到第一分室11中；
3）将两个铂电极（即惰性电极3）中的一个电极插入第一分室中，使其一端浸没在第一分室内的第一电解质溶液4中，其中的另一个电极插入第二分室中，使其一端浸没在第二分室内的第二电解质溶液5中；
4）将密封盖10置于第二分室顶部，将第二分室密封，避免第二分室内电解质溶液中水分的挥发，以保持第二分室内电解质溶液的浓度维持较低的水平；
5）用导线6将两个铂电极连接，即得到本发明的浓差电池。
2、浓差电池电压的测定
如图2所示，将连接两个铂电极的导线与台式万用表9相连，即在连接两个惰性电极的导线中间连接台式万用表，将万用表档位选择为电压档，测量浓差电池的电压为0.038V。
本发明实施例测定的电压值是电池初始浓度时的电压，随着第一分室内水分的蒸发和第二分室内水分通过半透膜2渗透至第一分室，第一、第二分室内电解质溶液的浓度差减少，电池的电压也相应降低，但是当向第二分室内添加水分，使得第二分室内电解质溶液的浓度降低，使得第一、第二分室内电解质溶液的浓度差增大，电池电压相应提高。只要电池的两个分室内的电解质溶液存在浓度差，即可产生电流。
当第二分室内电解质溶液的浓度升高至接近第一分室内电解质溶液的浓度，使得第一、第二分室内电解质溶液浓度接近相同时，打开密封盖10，向第二分室中加水，使得第一、第二分室内电解质溶液浓度不同，即使半透膜两侧第一、第二分室内电解质溶液的浓度之比≥1；然后再盖上密封盖10，将第二分室密封。
本发明中为了方便向第二分室内加水，在密封盖10上开设有加水口13，用于向第二分室内添加水，以保持第二分室内电解质溶液的浓度维持较低的水平，使位于半透膜两侧的电解质溶液形成一个稳定持续的浓度差。
将多个这样的小电流产生单元并联起来，则可以产生直接可被利用的电能。
本发明的浓差电池中第一分室、第二分室内的电解质溶液的起始浓度可以相同，由于第一分室的顶部敞开，使得第一分室内电解质溶液中的水分挥发，导致第一分室内电解质溶液浓度高于第二分室内电解质溶液浓度，此时，本发明的浓差电池就会产生微弱的电流。
如果本发明的浓差电池中第一分室、第二分室内的电解质溶液的起始浓度不同，则该浓差电池起始时即可产生电流，本发明的浓差电池半透膜两侧电解质溶液的起始浓度之比选择≥1000，是为了便于现有电流、电压设备检测，本发明的浓差电池第一分室、第二分室内的电解质溶液的起始浓度不同，即可产生电流或电压。
实施例2
如图3、4所示，本发明浓差电池包括盛装电解质溶液的容器1、允许水分子透过的半透膜2、两个惰性电极3、第一电解质溶液4、第二电解质溶液5、导线6。
容器1被所述半透膜2分隔成用于盛放第一电解质溶液4的第一分室11和用于盛放第二电解质溶液5的第二分室12，容器内的水分子、其他比水分子直径小的离子和分子可以自由透过半透膜2，在第一分室和第二分室之间自由渗透。
第一分室11的顶部敞开，利于第一电解质溶液中水分的挥发；第二分室12的顶部设有密封盖10，即密封盖10将由半透膜2和容器1一端的侧壁形成的空间密封，用于将第二分室12密封。由于第一分室内电解质溶液的浓度高于第二分室内电解质溶液的浓度，第二分室内电解质溶液中的水分透过半透膜2向第一分室内扩散，并且由于第一分室的顶部敞开，第一分室内电解质溶液中的水分不断挥发，使得第一分室内的电解质溶液的浓度不断升高，导致第二分室内电解质溶液中的水分不断通过半透膜渗透至第一分室，使第一分室11失去的水可以通过半透膜2而得到补充，形成一个稳定持续的浓度差。
为了防止第二分室12内电解质溶液5由于水分子通过半透膜持续渗透至第一分室11，导致其浓度升高，降低了第一分室内第一电解质溶液4和第二分室内第二电解质溶液5之间的浓度差，在第二分室12顶部设置的密封盖10上开设加水口13，用于向第二分室12内加入水，保持第一分室和第二分室内电解质溶液间的浓度差，使形成稳定持续的浓度差。
加水口13用密封塞14密封，待欲向第二分室12内添加水的时候打开密封塞，向第二分室内加水，加水完毕后，盖上密封塞。
本发明中通过加水口13向第二分室内加水可以直接加水，也可以通过毛细管向第二分室内添加水分。
两个惰性电极3分别放置在第一分室11内的第一电解质溶液4和第二分室12内的第二电解质溶液5中，两个惰性电极之间通过导线6连接，形成连通的电流回路，形成本发明的不对称浓差电池，该浓差电池可以得到一个稳定、持续的、低电压的小电流。若把多个这样的小电流产生单元并联起来，则可以产生直接可被利用的电能。
本发明中所述容器1可以为任何形状，例如长方体、正方体、圆柱体等；所述容器选择由聚四氟乙烯、玻璃、塑料、陶瓷或木质材料制成；所述电解质溶液为电解质水溶液，例如聚丙烯酸钠水溶液，聚丙烯酰胺水溶液，聚季胺盐水溶液等；所述半透膜是选择性透过水分子、其他比水分子直径小的离子和分子的薄膜，例如火胶棉薄膜、羊皮纸薄膜、细胞膜或膀胱膜等。
本实施例中半透膜2选用火胶棉薄膜，火胶棉薄膜上端与密封盖10紧密接触，火胶棉薄膜的下端与容器1的底部紧密接触，将容器1分隔成两部分，即第一分室和第二分室。
1、制备浓差电池
1）将聚丙烯酰胺加入到水中，搅拌、溶解均匀，分别配制成浓度为0.1、0.0001mol//L的聚丙烯酰胺溶液（即电解质溶液4、5），备用；
2）将浓度为0.0001mol//L的聚丙烯酰胺溶液（即第二电解质溶液5）加入到第二分室12中，将浓度为0.1mol//L的聚丙烯酰胺溶液（即第一电解质溶液4）加入到第一分室11中；
3）将两个铂电极（即惰性电极3）中的一个电极插入第一分室中，使其一端浸没在第一分室内的第一电解质溶液4中，其中的另一个电极插入第二分室中，使其一端浸没在第二分室内的第二电解质溶液5中；
4）将密封盖10置于第二分室顶部，将第二分室密封，避免第二分室内电解质溶液中水分的挥发，以保持第二分室内电解质溶液的浓度维持较低的水平；
5）用导线6将两个铂电极连接，即得到本发明的浓差电池。
2、浓差电池电压的测定
如图4所示，将连接两个铂电极的导线与台式万用表9相连，即在连接两个惰性电极的导线中间连接台式万用表，将万用表档位选择为电压档，测量浓差电池的电压为0.041V。
实施例3
如图5、6所示，本发明的浓差电池包括两个吸附和容纳电解质溶液的存储介质8，放置存储介质8的容器1，允许水分子透过的半透膜2、两个惰性电极3、第一电解质溶液4、第二电解质溶液5、导线6和隔板7。
所述存储介质8由具有亲水性的聚合物固体组成，例如聚乙烯醇（PVA）、羟乙基纤维素（HEC）、淀粉接枝树脂或纤维素醚等，吸收水分后形成凝胶状态，吸收或容纳电解质溶液。
容器1被所述包含有半透膜2的隔板7分隔成用于盛放第一电解质溶液4、吸附和容纳第一电解质溶液的存储介质8的第一分室11和用于盛放第二电解质溶液5、吸附和容纳第二电解质溶液的存储介质8的第二分室12，其中，半透膜2安置在隔板7上，用于使容器内的水分子、其他比水分子直径小的离子和分子自由透过隔板，在第一分室和第二分室之间自由渗透。
本发明实施例中以第一分室内盛放的第一电解质溶液的浓度高于第二分室内第二电解质溶液的浓度为例进行解释说明。
半透膜2可以安装在隔板7的任何部位，例如安装在隔板7的下部，半透膜2与容器1的底部紧密接触，将容器1分成第一分室和第二分室，当容器内盛放电解质溶液时，电解质溶液中的水分子、其他比水分子直径小的离子和分子可以自由透过半透膜；也可以安装在隔板7的中部、中间等。
第一分室11的顶部敞开，利于第一电解质溶液中水分的挥发；第二分室12的顶部设有密封盖10，即密封盖10将由隔板7和容器一端的侧壁形成的空间密封，用于将第二分室12密封。由于第一分室内电解质溶液的浓度高于第二分室内电解质溶液的浓度，第二分室内电解质溶液中的水分透过半透膜2向第一分室内扩散，并且由于第一分室的顶部敞开，第一分室内电解质溶液中的水分不断挥发，使得第一分室内的电解质溶液的浓度不断升高，导致第二分室内电解质溶液中的水分不断通过半透膜渗透至第一分室，使第一分室11失去的水可以通过半透膜2而得到补充，形成一个稳定持续的浓度差。
为了防止第二分室12内电解质溶液5由于水分子通过半透膜持续渗透至第一分室11，导致其浓度升高，降低了第一分室内第一电解质溶液4和第二分室内第二电解质溶液5之间的浓度差，在第二分室12顶部设置的密封盖10上开设加水口13，用于向第二分室12内加入水，保持第一分室和第二分室内电解质溶液间的浓度差，使形成稳定持续的浓度差。
加水口13用密封塞14密封，待欲向第二分室12内添加水的时候打开密封塞，向第二分室内加水，加水完毕后，盖上密封塞。
两个惰性电极3分别放置在第一分室11和第二分室12内，即将惰性电极插入存储介质8内，分别于与第一分室11和第二分室12内的存储介质8紧密接触，通过导线6将两个惰性电极连接，形成连通的电流回路，形成本发明的不对称浓差电池，该浓差电池可以得到一个稳定、持续的、低电压的小电流。若把多个这样的小电流产生单元并联起来，则可以产生直接可被利用的电能。
本发明中所述容器1可以为任何形状，例如长方体、正方体、圆柱体等；所述容器选择由聚四氟乙烯、玻璃、塑料、陶瓷或木质材料制成；所述电解质溶液为聚合物电解质水溶液，例如聚丙烯酸钠水溶液，聚丙烯酰胺水溶液，聚季胺盐水溶液等；所述半透膜是只能选择性透过水分子的薄膜，例如火胶棉薄膜、羊皮纸薄膜、细胞膜或膀胱膜等。
本实施例中半透膜2选用火胶棉薄膜，将火胶棉薄膜设置在隔板7的下部，即火胶棉薄膜上端与隔板7的下部紧密接触，火胶棉薄膜的下端与容器1的底部紧密接触，将容器1分隔成两部分，即第一分室和第二分室。
1、制备浓差电池
1）将聚丙烯酰胺加入到水中，搅拌、溶解均匀，分别配制成浓度为0.1、0.0001mol//L的聚丙烯酰胺溶液（即电解质溶液4、5），备用；
2）将亲水性聚合物聚乙烯醇（PVA）分别加入到第一分室、第二分室内，即将亲水性聚合物聚乙烯醇（PVA）分别置于半透膜的两侧，并将两个铂电极（即惰性电极3）中的一个电极插入第一分室中，使其一端插入第一分室内的PVA中，其中的另一个电极插入第二分室中，使其一端插入第二分室内的PVA中；
3）将浓度为0.0001mol//L的聚丙烯酰胺溶液（即第二电解质溶液5）加入到第二分室12中，第二分室内的亲水性聚合物聚乙烯醇（PVA）吸收浓度为0.0001mol//L的聚丙烯酰胺溶液，形成PVA凝胶（含有浓度为0.0001mol//L的聚丙烯酰胺溶液）；将浓度为0.1mol//L的聚丙烯酰胺溶液（即第一电解质溶液4）加入到第一分室11中，第一分室内的亲水性聚合物聚乙烯醇（PVA）吸收浓度为0.1mol//L的聚丙烯酰胺溶液，形成PVA凝胶（含有浓度为0.1mol//L的聚丙烯酰胺溶液）；
将液态的电解质溶液固体化，形成凝胶态，便于移动，方便制作。
4）将密封盖10置于第二分室顶部，将第二分室密封，避免第二分室内电解质溶液中水分的挥发，以保持第二分室内电解质溶液的浓度维持较低的水平；
5）用导线6将两个铂电极连接，即得到本发明的浓差电池。
2、浓差电池电压的测定
如图6所示，将连接两个铂电极的导线与台式万用表9相连，即在连接两个惰性电极的导线中间连接台式万用表，将万用表档位选择为电压档，测量浓差电池的电压为0.042V。
实施例4
如图7、8所示，本发明的浓差电池包括两个吸附和容纳电解质溶液的存储介质8，放置存储介质8的容器1，允许水分子透过的半透膜2、两个惰性电极3、第一电解质溶液4、第二电解质溶液5、导线6。
所述存储介质8由具有亲水性的聚合物固体组成，例如聚乙烯醇（PVA）、羟乙基纤维素（HEC）、淀粉接枝树脂或纤维素醚等，吸收水分后形成凝胶状态，吸收或容纳电解质溶液。
容器1被所述半透膜2分隔成用于盛放第一电解质溶液4、吸附和容纳第一电解质溶液的存储介质8的第一分室11和用于盛放第二电解质溶液5、吸附和容纳第二电解质溶液的存储介质8的第二分室12，容器内的水分子自由透过半透膜2，可以在第一分室和第二分室之间自由渗透。
第一分室11的顶部敞开，利于第一电解质溶液中水分的挥发；第二分室12的顶部设有密封盖10，即密封盖10将由半透膜2和容器1一端的侧壁形成的空间密封，用于将第二分室12密封。由于第一分室内电解质溶液的浓度高于第二分室内电解质溶液的浓度，第二分室内电解质溶液中的水分透过半透膜2向第一分室内扩散，并且由于第一分室的顶部敞开，第一分室内电解质溶液中的水分不断挥发，使得第一分室内的电解质溶液的浓度不断升高，导致第二分室内电解质溶液中的水分不断通过半透膜渗透至第一分室，使第一分室11失去的水可以通过半透膜2而得到补充，形成一个稳定持续的浓度差。
为了防止第二分室12内电解质溶液5由于水分子通过半透膜持续渗透至第一分室11，导致其浓度升高，降低了第一分室内第一电解质溶液4和第二分室内第二电解质溶液5之间的浓度差，在第二分室12顶部设置的密封盖10上开设加水口13，用于向第二分室12内加入水，保持第一分室和第二分室内电解质溶液间的浓度差，使形成稳定持续的浓度差。
加水口13用密封塞14密封，待欲向第二分室12内添加水的时候打开密封塞，向第二分室内加水，加水完毕后，盖上密封塞。
两个惰性电极3分别放置在第一分室11和第二分室12内，即将惰性电极插入存储介质8内，分别于与第一分室11和第二分室12内的存储介质8紧密接触，通过导线6将两个惰性电极连接，形成连通的电流回路，形成本发明的不对称浓差电池，该浓差电池可以得到一个稳定、持续的、低电压的小电流。若把多个这样的小电流产生单元并联起来，则可以产生直接可被利用的电能。
本发明中所述容器1可以为任何形状，例如长方体、正方体、圆柱体等；所述容器1选择由聚四氟乙烯、玻璃、塑料、陶瓷或木质材料制成；所述电解质溶液为聚合物电解质水溶液，例如聚丙烯酸钠水溶液，聚丙烯酰胺水溶液，聚季胺盐水溶液等；所述半透膜是只能选择性透过水分子、其他比水分子直径小的离子和分子的薄膜，例如火胶棉薄膜、羊皮纸薄膜、细胞膜或膀胱膜等。
本实施例中半透膜2选用火胶棉薄膜，火胶棉薄膜上端与密封盖10紧密接触，火胶棉薄膜的下端与容器1的底部紧密接触，将容器1分隔成两部分，即第一分室和第二分室。
1、制备浓差电池
1）将聚丙烯酰胺加入到水中，搅拌、溶解均匀，分别配制成浓度为0.1、0.0001mol//L的聚丙烯酰胺溶液（即电解质溶液4、5），备用；
2）将亲水性聚合物聚乙烯醇（PVA）分别加入到第一分室、第二分室内，即将亲水性聚合物聚乙烯醇（PVA）分别置于半透膜的两侧，并将两个铂电极（即惰性电极3）中的一个电极插入第一分室中，使其一端插入第一分室内的PVA中，其中的另一个电极插入第二分室中，使其一端插入第二分室内的PVA中；
3）将浓度为0.0001mol//L的聚丙烯酰胺溶液（即第二电解质溶液5）加入到第二分室12中，第二分室内的亲水性聚合物聚乙烯醇（PVA）吸收浓度为0.0001mol//L的聚丙烯酰胺溶液，形成第二PVA凝胶（含有浓度为0.0001mol//L的聚丙烯酰胺溶液）；将浓度为0.1mol//L的聚丙烯酰胺溶液（即第一电解质溶液4）加入到第一分室11中，第一分室内的亲水性聚合物聚乙烯醇（PVA）吸收浓度为0.1mol//L的聚丙烯酰胺溶液，形成第一PVA凝胶（含有浓度为0.1mol//L的聚丙烯酰胺溶液）；
将液态的电解质溶液固体化，形成凝胶态，便于移动，方便制作。
4）将密封盖10置于第二分室顶部，将第二分室密封，避免第二分室内电解质溶液中水分的挥发，以保持第二分室内电解质溶液的浓度维持较低的水平；
5）用导线6将两个铂电极连接，即得到本发明的浓差电池。
2、浓差电池电压的测定
如图8所示，将连接两个铂电极的导线与台式万用表9相连，即在连接两个惰性电极的导线中间连接台式万用表，将万用表档位选择为电压档，测量浓差电池的电压为0.045V。
本发明涉及的浓差电池是通过化学电池的办法收将能源收集起来，本质上是利用溶液的饱和蒸汽压于空气中的水蒸气压之间的压力差来收集能量。这一点与我国古代智慧玩具饮水鸭有相似的原理，饮水鸭也是利用水的饱和蒸汽压与空气中水蒸气压的压力差，把能量收集起来后再转化成动能，若不人为的中止，只要其结构不被破损，它会一直这样运动下去。本发明申请是将惰性电极插入容器两侧具有浓度差的电解质溶液内，容器开口的一端中的电解质溶液中的水分子向空气中蒸发，导致原电解质溶液的浓度改变，同时也由于半透膜对水分子的透过性，使电解质溶液中失去的水可以通过半透膜而得到补充，这样两侧的电解质溶液就可以形成一个稳定持续的浓度差。通过打开密封装置可以向容器一侧补充水，将两电极的导线连通，就得到一个稳定、持续的、低电压的小电流。若把多个这样的小电流产生单元并联起来，则可以产生直接可被利用的电能。
Claims (10)
1.一种浓差电池，其特征是包括：盛装电解质溶液的容器（1）、半透膜（2）、两个惰性电极（3）、第一电解质溶液（4）、第二电解质溶液（5）、导线（6），其中，所述半透膜（2）将所述容器（1）分隔成盛放所述第一电解质溶液（4）的第一分室（11）、盛放第二电解质溶液（5）的第二分室（12），两个惰性电极分别放置于第一分室、第二分室内，并通过导线（6）相连；第一电解质溶液浓度高于第二电解质溶液的浓度。
2.如权利要求1所述的浓差电池，其特征是还包括密封盖（10），用于密封第二分室（12），防止第二分室内第二电解质溶液中的水分挥发。
3.如权利要求2所述的浓差电池，其特征是在所述密封盖（10）上开设用于向第二分室内添水的加水口（13）。
4.一种浓差电池，其特征是包括：盛装电解质溶液的容器（1）、半透膜（2）、两个惰性电极（3）、第一电解质溶液（4）、第二电解质溶液（5）、导线（6）和将容器（1）分隔成第一分室（11）和第二分室（12）的隔板（7），
其中，所述半透膜（2）安装在所述隔板（7）上；第一分室（11）内盛放所述第一电解质溶液（4），第二分室（12）内盛放第二电解质溶液（5）；两个惰性电极分别放置于第一分室、第二分室内，并通过导线（6）相连；第一电解质溶液的浓度高于第二电解质溶液的浓度。
5.如权利要求4所述的浓差电池，其特征是还包括密封盖（10），用于密封第二分室（12），防止第二分室内第二电解质溶液中的水分挥发。
6.如权利要求5所述的浓差电池，其特征是在所属密封盖（10）上开设用于向第二分室内添水的加水口（13）。
7.一种浓差电池，其特征是包括：两个吸附和容纳电解质溶液的存储介质（8）、盛放存储介质（8）的容器（1）、半透膜（2）、两个惰性电极（3）、第一电解质溶液（4）、第二电解质溶液（5）、导线（6），其中，所述半透膜（2）将所述容器（1）分隔成盛放所述第一电解质溶液（4）、吸附和容纳第一电解质溶液的存储介质（8）的第一分室（11）；盛放第二电解质溶液（5）、吸附和容纳第二电解质溶液的存储介质（8）的第二分室（12），两个惰性电极分别放置于第一分室、第二分室内，与存储介质紧密接触，并通过导线（6）相连；第一电解质溶液的浓度高于第二电解质溶液的浓度。
8.如权利要求7所述的浓差电池，其特征是，所述吸附和容纳电解质溶液的存储介质（8）为亲水性聚合物。
9.一种浓差电池，其特征是包括：两个吸附和容纳电解质溶液的存储介质（8），盛放存储介质（8）的容器（1）、半透膜（2）、两个惰性电极（3）、第一电解质溶液（4）、第二电解质溶液（5）、导线（6）和将容器分隔成第一分室（11）和第二分室（12）的隔板（7），
其中，所述半透膜（2）安装在所述隔板（7）上；第一分室（11）内盛放所述第一电解质溶液（4）、吸附和容纳第一电解质溶液的存储介质（8）；第二分室内盛放第二电解质溶液（5）、吸附和容纳第二电解质溶液的存储介质（8）；两个惰性电极分别放置于第一分室、第二分室内，与存储介质紧密接触，并通过导线（6）相连，并且第一电解质溶液的浓度高于第二电解质溶液的浓度。
10.如权利要求9所述的浓差电池，其特征是，所述吸附和容纳电解质溶液的存储介质（8）为亲水性聚合物。
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Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105784814A (zh) * | 2016-04-05 | 2016-07-20 | 东南大学 | 一种基于浓差电池原理的传感器 |
| CN105870486A (zh) * | 2016-05-12 | 2016-08-17 | 肖远科 | 一种可持续发电的浓差电池 |
| WO2018018176A1 (zh) * | 2016-07-27 | 2018-02-01 | 敬林 | 一种酸度差电池 |
| CN109411834A (zh) * | 2018-10-22 | 2019-03-01 | 五邑大学 | 一种基于浓度差的扩散电池 |
| CN112133969A (zh) * | 2020-10-26 | 2020-12-25 | 兰州大学 | 一种浓差电池及其制备工艺 |
| CN112378979A (zh) * | 2020-09-15 | 2021-02-19 | 郑州磨料磨具磨削研究所有限公司 | 一种用于检测磨具表面磨粒尖锐程度的装置及方法 |
| ES2959321A1 (es) * | 2022-07-31 | 2024-02-23 | David Dobney | Sistema y método de dispositivo electroquímico |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5136478A (en) * | 1990-08-03 | 1992-08-04 | Quadri Electronics Corporation | Solid electrolyte capacitor and method of making |
| CN1225495A (zh) * | 1998-01-28 | 1999-08-11 | 松下电器产业株式会社 | 电解电容器及其制造方法 |
| CN1707847A (zh) * | 2004-06-10 | 2005-12-14 | 张治华 | 可持续性浓差电池 |
-
2013
- 2013-01-31 CN CN201310038735.9A patent/CN103546061B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5136478A (en) * | 1990-08-03 | 1992-08-04 | Quadri Electronics Corporation | Solid electrolyte capacitor and method of making |
| CN1225495A (zh) * | 1998-01-28 | 1999-08-11 | 松下电器产业株式会社 | 电解电容器及其制造方法 |
| CN1707847A (zh) * | 2004-06-10 | 2005-12-14 | 张治华 | 可持续性浓差电池 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| XIAO_PANDA: "求助，一种浓差电池的原理", 《URL:MUCHONG.COM/BBS/VIEWTHREAD/PHP?TID=5322404》 * |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105784814A (zh) * | 2016-04-05 | 2016-07-20 | 东南大学 | 一种基于浓差电池原理的传感器 |
| CN105870486A (zh) * | 2016-05-12 | 2016-08-17 | 肖远科 | 一种可持续发电的浓差电池 |
| WO2018018176A1 (zh) * | 2016-07-27 | 2018-02-01 | 敬林 | 一种酸度差电池 |
| CN109411834A (zh) * | 2018-10-22 | 2019-03-01 | 五邑大学 | 一种基于浓度差的扩散电池 |
| CN112378979A (zh) * | 2020-09-15 | 2021-02-19 | 郑州磨料磨具磨削研究所有限公司 | 一种用于检测磨具表面磨粒尖锐程度的装置及方法 |
| CN112378979B (zh) * | 2020-09-15 | 2023-03-21 | 郑州磨料磨具磨削研究所有限公司 | 一种用于检测磨具表面磨粒尖锐程度的装置及方法 |
| CN112133969A (zh) * | 2020-10-26 | 2020-12-25 | 兰州大学 | 一种浓差电池及其制备工艺 |
| ES2959321A1 (es) * | 2022-07-31 | 2024-02-23 | David Dobney | Sistema y método de dispositivo electroquímico |
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