CN105552481A

CN105552481A - 一种发电装置及其应用

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Publication number: CN105552481A
Application number: CN201510973932.9A
Authority: CN
Inventors: 潘子恒
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-12-21
Filing date: 2015-12-21
Publication date: 2016-05-04

Abstract

本发明公开了一种发电装置，具有用于在其内发生氧化还原反应的腔体，该腔体内设置有阳极电极和阴极电极，该腔体内填充有固体粉末状电解质，且腔体的体壁采用可变形材料制成。该发电装置腔体内不含有电解质溶液且可变形，因此轻巧、携带方便，当需要使用其发电时，只需往其中充入水或水溶液即可发电。本发明非常适合用于野外作业，基本上能够获得的水，均可使其发电，是一种很有开发潜力的新能源。

Description

一种发电装置及其应用

技术领域

本发明涉及一种发电装置，尤其涉及一种可充液、换液的便携式发电装置。

背景技术

常规的发电装置需要有一个较大的内部空间来装载电解质溶液，因此这些发电装置具有较大的体积和较重的质量，然而生活中经常会遇到发电装置需要被携带的情况，特别是需要进行野外作业的情况。

空气电池是一种高性能的环保型化学电源，阴极的活性物质为空气中的氧气，其中的电解质溶液为氢氧化钾(KOH)、氢氧化钠(NaOH)或氯化钠(NaCl)的水溶液等。虽然空气电池使用了极易获得的氧气作为电极，但是这种发电装置仍不能克服现有技术的上述缺陷。

因此如能开发一种体积小、质量轻、便于携带的发电装置会具有很好的应用前景。

发明内容

为实现上述目的，本发明提供了一种发电装置，该发电装置内具有用于在其内发生氧化还原反应的腔体，该腔体内设置有阳极电极和阴极电极，且该腔体内填充有固体粉末状电解质，该腔体的体壁采用可变形材料制成。

上述发电装置腔体内不含有电解质溶液且可变形，因此轻巧、携带方便，当需要使用其发电时，只需往其中充入水或水溶液即可溶解其中的电解质粉末，从而溶解后即可发电。

进一步，所述发电装置具有通入所述腔体的注液孔，用于向所述腔体充注水或水溶液。

优选地，所述腔体内被设置为真空，以最大限度地缩小腔体以及发电装置的体积，便于携带，当所述腔体内被注入水或水溶液后，该腔体体积自动膨胀形成工作状态。

在本发明的一种较佳实施方式中，所述可变形材料为弹性材料，注入液体后会被拉伸膨胀；在本发明的另一种较佳实施方式中，所述腔体的体壁具有预设的形状，当腔体被抽真空时，所述腔体被压缩为薄片状，当腔体内被注液后，所述腔体膨胀成所需的形状；在本发明的又一较佳实施方式中，所述腔体为折叠式，抽完真空后可高度压缩便于携带。

优选地，所述阳极电极为以铝为基材的合金材料，所述阴极电极的活性物质为空气中的氧气，阴极电极的载体为石墨棒；该发电装置可以采用现有的铝空气电池的结构设计；该铝空气电池的发电原理如下式所示：

阴极：O₂+2H₂O+e^-→4OH^-

阳极：Al–3e^-→Al³⁺(酸性溶液)

Al³⁺+3OH^-→Al(OH)₃↓(中性溶液)

Al³⁺+4OH^-→Al(OH)₄ ^-(碱性溶液)

总反应：4Al+3O₂+12H⁺→4Al³⁺+6H₂O(酸性溶液)

4Al+3O₂+6H₂O→4Al(OH)₃↓(中性溶液)

4Al+3O₂+6H₂O+4OH^-→4Al(OH)₄ ^-↓(碱性溶液)

进一步，所述发电装置还具有可封闭的开口，该开口一方面连通注液孔，用于注液，另一方面一旦该开口被打开，空气便会流入该发电装置的腔体，从而为阴极电极提供氧气。

优选地，所述电极的表面具有若干凹槽，可在电极周围形成微环境中电子流的涡流，去除电极周边的短暂“钝化”现象，使电极始终保持“新鲜”状态。在本发明的一种较佳实施方式中，所述电极表面为蜂窝状；在本发明的另一较佳实施方式中，所述电极表面具有类似于高尔夫球表面的凹坑。

优选地，所述固体粉末状电解质为混合盐；所述混合盐的主要成分包括：氯化钠、氯化钾、氯化镁和氯化亚铁；所述混合盐在加入水后形成的工作电解液内主要成分的质量百分含量优选为：氯化钠1～3.5％、氯化钾2～13％、氯化镁1～11％、氯化亚铁0.1～0.15％。

进一步优选地，所述固体粉末状电解质采用多孔材料包装后置入所述腔体内，以使固体粉末不会因发电装置被搬运而四处分散，所述多孔材料可以是滤纸、丝绸、塑料制品等，优选为无纺布。

优选地，所述发电装置内具有多个相对独立的腔体，该发电装置的总电压为所述多个腔体的电压之和。在本发明的一种较佳实施方式中，所述发电装置的总电压为5V，每个独立腔体产生1V的电压，共设置5个独立腔体；在本发明的另一较佳实施方式中，所述发电装置的总电压为12V，每个独立腔体产生1V的电压，共设置12个独立腔体。

进一步地，所述发电装置内的电解质溶液可更换，且所述铝合金电极也可更换，因而该发电装置可重复使用。

本发明的发电装置出厂时保持完全干燥状态，成本低、体积小、重量轻，重量不及当今同等容量的主流蓄电发电装置的1/10，抽完全真空，高度压缩，便于携带。特别适合用于野外作业，在野外需要用电时加入任何水样液体使混合盐电解质溶解，无需从电网充电，注入水后即可工作，并可保持稳定输出电压，直至阳极用完，更换新的阳极后可继续供电。

作为野外作业的发电装置用途广泛，如照明、电视、广播、通讯、导航设备、小功率交通工具(渔船、救生艇，残疾人用车)、报警救生设备、信号灯，车、船载便携电源、应急电源或备用电源，也可根据需要小型化或大型化，可设置成地面固定电站或海上漂浮电站。

本发明由于不含水，因此性质稳定，在未开封期间保质期长，可以保存50年甚至更长，且使用的电解质盐无辐射、无腐蚀、无污染，没有排放物，不污染环境。启用时获取电能操作简单，取材方便，基本上能够获得的水，哪怕是污水(稍作沉淀)即可使用，甚至人畜尿液均可使其发电，是一种很有开发潜力的新能源。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本发明的一个较佳实施例的剖面结构示意图；

图2是本发明的一个方形实施例压缩时的结构示意图；

图3是图2实施例膨胀时的结构示意图；

图4是本发明的一个圆形实施例压缩时的结构示意图；

图5是图4实施例膨胀时的结构示意图；

图6是本发明的一个扇形施例压缩时的结构示意图；

图7是图6实施例膨胀时的结构示意图；

图8是本发明的一个折叠实施例压缩时的结构示意图；

图9是图8实施例拉伸时的结构示意图。

具体实施方式

图1为本发明的一个实施例的剖面示意图，显示了所示发电装置的腔体内的结构，在该发电装置的腔体1内设置有阳极电极和阴极电极，且填充有固体粉末状电解质，在本实施例中所示固体粉末状电解质被装有电解质包2内，此种包装可防止电解质因发电装置的晃动而四处分散，该电解包的包装材料为多孔材料，可以是滤纸、丝绸、塑料制品等，例如无纺布。当水注入腔体后，所述固体粉末状电解质会溶解并流出包装袋，类似于袋泡茶的溶解方式。本发明的电解质粉末被充入的水或水溶液溶解后即可发电。

本实施例的发电装置还具有盖子3，盖子3用于关闭注液孔，该发电装置出厂时其内部腔体1被抽真空，并被密封，该密封可以是通过所述盖子3，也可以另设其它密封装置。当需要使用其发电时，只需将盖子3打开，往所述腔体1中充入水或水溶液，必要时摇晃一下，等待其溶解后马上即可发电。

在本实施例中所述电极的表面具有许多凹槽4，这些凹槽可在电极周围形成微环境中电子流的涡流，可去除电极周边的短暂“钝化”现象，使电极始终保持“新鲜”状态。所述凹槽的排布和形状不唯一，可以为圆形、方形、三角形等任何规则或不规则的形状，其排布可以是类似蜂窝状，也可以是类似高尔夫球表面的凹坑状。

在本实施例中，该发电装置的阳极电极为以铝为基材的合金材料，阴极电极的活性物质为空气中的氧气，阴极电极的载体为石墨棒；该发电装置的发电原理是铝空气电池的原理；当盖子3被打开后，空气就会随之进入所述腔体1内，从而为阴极提供所需氧气。

本发明的发电装置采用可变形材料制成，当所述腔体1内进入空气后，其体积便开始膨胀，当水或水溶液充入腔体1内后，该发电装置变会随之膨胀成为预设的形状，如图2-7所示为本发明三种形状实施例的结构示意图，在这些实施例中所示发电装置具有预设的形状，出厂时由于腔体被抽真空而最大限度地被压缩，形成图2、4、6所示的压缩状态，使用前，往腔体内注入水或水溶液，从而使其膨胀，最终形成图3、5、7所示的膨胀状态。该发电装置在未开启时，腔体内不含有电解质溶液且被压缩，因此轻巧、携带方便，当注入液体后，电解质粉末变为电解质溶液，同时由于氧气的进入而发生氧化还原反应从而可以发电。

在本发明的另一个优选实施例中，所述腔体为折叠式，如图8所示为该实施例的压缩态正面结构示意图，该装置抽完真空后可高度压缩便于携带，当注入水或水溶液后形成图9所示的伸展结构。本发明的发电装置的压缩扩张形式多样，本领域技术人员可以根据本发明的构思设计出各种类型的装置结构，在此不一一赘述。

本发明所使用的固体粉末状电解质优选为混合盐；本发明的混合盐形成的工作电解液的一种较佳实施例为：氯化钠1～3.5％、氯化钾2～13％、氯化镁1～11％、氯化亚铁0.1～0.15％(质量百分比)。因此，较佳地可在所述腔体的内壁上标示加水刻度，以便获得最佳溶液浓度。根据不同用途对该发电装置的要求，电解质的配方需作相应调整。

在本发明的一个优选实施例中，所述发电装置内具有5个相互串联的腔体，每个腔体产生1V的电压，可产生5V的总电压；在本发明的另一个优选实施例中，所述发电装置内具有12个相互串联的腔体，每个腔体产生1V的电压，可产生12V的总电压。

本发明的一个实施例采用电解质溶液配方：氯化钠1～3.5％、氯化钾2～13％、氯化镁1～11％、氯化亚铁0.1～0.15％(质量百分比)，装置总尺寸为127×307×151mm，可达到最大电流2A，额定电压12V，最大功率24W，容量10000wh的效果。

本发明铝合金阳极在工作中会不断消耗，当其完全破坏后可进行更换，阳极的厚度还可根据需要进行调整，以加大发电功率和延长其工作寿命。通常一套阳极可保证获得40-50安时电能，该发电装置的一般寿命不会少于1000小时。本发电装置内的电解质溶液也可更换，可实现重复使用。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims

1.一种发电装置，所述装置具有用于在其内发生氧化还原反应的腔体，所述腔体内设置有阳极电极和阴极电极，其特征在于所述腔体内填充有固体粉末状电解质，且所述腔体的体壁采用可变形材料制成，所述发电装置还具有通入所述腔体的注液孔。

2.如权利要求1所述的发电装置，其特征在于所述腔体内被设置为真空。

3.如权利要求1或2所述的发电装置，其特征在于可变形材料为弹性材料。

4.如权利要求1或2所述的发电装置，其特征在于所述腔体的体壁具有预设的形状，当腔体被抽真空时，所述腔体被压缩为薄片状，当腔体内被注液后，所述腔体膨胀成所需的形状。

5.如权利要求1所述的发电装置，其特征在于所述阳极电极为以铝为基材的合金材料，所述阴极电极的活性物质为空气中的氧气。

6.如权利要求1所述的发电装置，其特征在于所述电极的表面具有若干凹槽。

7.如权利要求1所述的发电装置，其特征在于所述固体粉末状电解质为混合盐，所述混合盐的主要成分包括：氯化钠、氯化钾、氯化镁和氯化亚铁。

8.如权利要求1所述的发电装置，其特征在于所述固体粉末状电解质采用多孔材料包装。

9.如权利要求1或2所述的发电装置在野外作业中的应用。

10.如权利要求1或2所述的发电装置在照明、电视、广播、通讯、导航设备、小功率交通工具、报警救生设备、信号灯，车、船载便携电源、应急电源或备用电源中的应用。