CN107659206A - 半导体离子能发电方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种发电方法；具体涉及一种半导体离子能发电方法，具体为：在容器内置入离子液体，然后向离子液体内置入至少一组发电单元，各发电单元通过隔墙分隔，所述发电单元包括至少一对成对设置的P型半导体片和N型半导体片，P型半导体片和N型半导体片之间设置隔板，P型半导体片和N型半导体片的电场与离子液体内的离子电场相互作用，离子液体中带正电荷的离子在电场作用下流向N型半导体片，离子液体中带负电荷的离子在电场作用下流向P型半导体片，分别由P型半导体片和N型半导体片接出导电端。本发明不额外消耗能源、不污染环境、不产生噪音、可连续发电。

Description

半导体离子能发电方法

技术领域

本发明涉及一种发电方法；具体涉及一种半导体离子能发电方法。

背景技术

当今世界范围内产生电能的基本方式可分为三种：电磁发电、化学能发电、光伏太阳能电池发电。

①电磁发电：以消耗化石燃料转化产生动能(火电厂)，以核能转化为动能(核电厂)，以势能转化为动能(水利发电厂)，以其他方式，海浪、潮汐、风力发电获取动能驱动电磁发电机产生电能，缺点是消耗资源、污染环境、无连续性；

②化学能发电：各种酸碱盐电池等，同样是以消耗资源、污染环境为代价，使用寿命较短；

③太阳能光伏发电：制造成本高、产出少、效率低、无法实现连续性。

自然界的离子液体含有多种离子能，怎样提取离子能为人类服务，相关科研人员用了许多方法，进行无数的试验，但至今尚无发现有效的科学原理与方法。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于：提供一种半导体离子能发电方法，不额外消耗能源、不污染环境、不产生噪音、可连续发电。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案为：

所述半导体离子能发电方法，在容器内置入离子液体，然后向离子液体内置入至少一组发电单元，各发电单元通过隔墙分隔，所述发电单元包括至少一对成对设置的P型半导体片和N型半导体片，P型半导体片和N型半导体片的电场与离子液体内的离子电场相互作用，离子液体中带正电荷的离子在电场作用下流向N型半导体片，离子液体中带负电荷的离子在电场作用下流向P型半导体片，分别由P型半导体片和N型半导体片接出导电端。

容器根据使用需求可密封也可不密封，发电单元内通过隔板分隔P型半导体片和N型半导体片，以防两者发生撞击短路，隔板材质可采用微空橡胶或玻璃纤维，根据发电需求，可设置多组发电单元，在容器内通过隔墙分隔各发电单元，用电负载、电流表或电压表接通P型半导体片和N型半导体片接出的导电端，形成闭合回路，在P型半导体片和N型半导体片的作用下，借由离子液体中的正负离子产生电流，离子液体可以是海水、淡水(江水、河水、湖水、井水)、酸、碱、盐溶液及工业污水等，其物理性质表现为用电阻计测量能够导电的离子液体，用于发电时表现为离子浓度越高所产生的电流也越大，凡是富含正、负离子的液体均可用于半导体离子提取发电。实验证明，同种离子液体内P型半导体片和N型半导体片表征基材变化和掺杂浓度变化均会导致输出电流、电压的变化，相同的P型半导体片和N型半导体片置于不同的离子液体中所产生的电流和电压也是不同的，为了满足不同的使用需求，可适应性的调节P型半导体片和N型半导体片的规格及离子液体的种类和浓度。

其中，优选方案为：

所述P型半导体片和N型半导体片平行置于离子液体内，P型半导体片和N型半导体片的电场与离子液体内的离子电场相互作用的场强较大时，易于保证产生电流的稳定性。

所述发电单元包括多对P型半导体片和N型半导体片，所述P型半导体片并联，所述N型半导体片并联，P型半导体片和N型半导体片具体片数的设置以每组发电单元的发电需求为准，多组发电单元可根据使用需求进行并联或串联设置，串联可提高供电电压，并联可成倍提高供电电流。

所述P型半导体片包括两层，两层P型半导体片分别固定在导电基材的两个侧面上，导电基材上设置极柱，导电基材对P型半导体片或N型半导体片起到支撑作用，材质可选用金属铜。

所述P型半导体片包括多片P型半导体单元片，P型半导体单元片通过导电胶粘接在导电基材上，P型半导体单元片之间的空隙填充绝缘密封胶，导电基材对离子液体裸露部分涂覆绝缘密封胶，保证导电基材对离子液体绝缘，导电胶可采用导电银胶或铜碳素导电胶，绝缘密封胶采用现售的带有绝缘功能的胶体即可；单片P型半导体片的尺寸与制造能力、水平有关，单片面积大，单板片数多则产生的功率也相应的增大，功率大，重量体积成本也会相应提高，水循环量也相应增加，为满足发电需求，根据实际需要设置P型半导体单元片的片数及单片面积，同理，对N型半导体片与P型半导体片进行相同设置。

本发明还在上述技术方案的基础上，将P型半导体片替换为活泼金属片，活泼金属可采用铝、铁、锌等，以金属铝为例，将浓掺杂的N型半导体片、金属铝置于离子液体中时，因为N型半导体片中存在着大量电子，金属铝中有极少的自由电子，几乎不存在空穴，离子液体中的正离子电荷在离子电场的作用下与N型半导体片的电子场产生交换，大量的正离子电荷进入N型半导体片，N型半导体片内大量电子进入离子液体形成电流，通过导电端接至用电负载为负载供电，此种发电方法响应快，产生电流迅速，但是在离子液体中活泼金属有腐耗的趋向。

本发明还在上述技术方案的基础上，将N型半导体片替换为非活泼金属片，非活泼金属片可采用金属铜、金、银、铂等，以铜为例，将P型半导体片和铜置于离子液体中，因为P型半导体片存在着大量空穴，金属铜中有极少的自由电子，几乎不存在空穴，离子液体中的负离子电荷在离子电场的作用下与P型半导体片的空穴电场产生交换，离子液体中大量的负离子电荷进入P型半导体，P型半导体中的大量空穴进入离子液体形成电流。通过导电端接至用电负载为负载供电，此种发电方法响应快，产生电流迅速，且非活泼金属不发生变化，在离子液体中金属没有腐耗的趋向。

本发明还提供另一种半导体离子能发电方法，在容器内置入离子液体，然后向离子液体内置入至少一组发电单元，各发电单元通过隔墙分隔，所述发电单元包括至少一片PN结半导体片，离子液体中的正负离子受到PN结半导体片的电场作用，PN结半导体片的P区大量空穴吸收离子液体中的负离子，PN结半导体片的N区大量电子吸收离子液体中的正离子，PN结的耗尽区打开并趋于饱和，由PN结半导体片的P区和N区分别引出导电端。

试验表明，同种离子液体中，PN结半导体片的表征基材变化和掺杂浓度变化均会导致输出电流、电压的变化，相同的PN结半导体片置于不同的离子液体中所产生的电流和电压是不同的，离子液体中离子浓度越高产生的电量也越大，离子浓度低产生的电量也小。

优选地，发电单元的多个PN结半导体片之间设置隔板，多个PN结半导体片的P区并联，多个PN结半导体片的N区并联，PN结半导体片的具体片数的设置以每组发电单元的发电需求为准，多组发电单元可根据使用需求进行并联或串联设置，串联可提高供电电压，并联可成倍提高供电电流。

优选地，所述PN结半导体片包括两层，两层PN结半导体片分别固定在导电基材的两个侧面上，所述导电基材两个侧面顶部分别对应PN结半导体片的P区和N区设置极柱，PN结半导体片包括多片PN结半导体单元片，PN结半导体单元片的N区通过导电胶粘接在导电基材上，PN结半导体单元片的P区通过负极引线连接后连接至导电基材与P区对应的极柱，为防止短路，导电基材上与N区对应的极柱与导电基材通电，导电基材上与P区对应的极柱与导电基材通过绝缘分隔体进行分隔绝缘，绝缘分隔体采用绝缘材料制成即可，PN结半导体单元片之间的空隙填充绝缘密封胶，导电基材对离子液体裸露部分涂覆绝缘密封胶，保证导电基材对离子液体绝缘，导电胶可采用导电银胶或铜碳素导电胶，绝缘密封胶采用现售的带有绝缘功能的胶体即可，导电基材材质优选金属铜，为提高发电单元的发电功率需要增大PN结半导体片与离子液体的总接触面积，导电基材对PN结半导体片起到支撑作用，当前国内PN结半导体片的制造面积有限，为增加其发电功率，通过导电基材对PN结半导体片的片数进行扩展，增加PN结半导体片与离子液体的接触面积，PN结半导体单元片制造工艺可参照现在太阳能光伏电池片。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明不额外消耗能源、不污染环境、不产生噪音、可连续发电，实现离子液体中离子的提取，并应用离子液体中的离子能发电。半导体离子能提取发电是有史以来人类第一次实现从液体中将液体离子分离提取出来，随着本学科研究的深入，对物质结构认识将会更加深入；液体离子能转化为电能为人类发展新能源提出了新的发展与科研方向，本发明为检测离子液体中的离子含量成份提供了新的分离检测方法，随着科研的深入可用于真空状态及外太空的各种领域。实验证明，用半导体离子能发电方法提取发电后，离子液体无质量变化，无气体产生，无沉淀物质，无物质析出，无温度变化，未有其他物质生成；离子液体电阻率未发生明显变化；用肉眼观察离子液体无任何改变；电流确是在源源不断地提供。

附图说明

图1是实施例1示意图。

图2是实施例2发电单元结构图。

图3是实施例2结构图。

图4是实施例3示意图。

图5是实施例4示意图。

图6是PN结置入离子液体前后状态示意图。

图7是实施例5示意图。

图8是实施例6发电单元结构图。

图9是图8的A部分局部放大图。

图中：1、容器；2、离子液体；3、P型半导体片；4、N型半导体片；5、正极引线；6、负极引线；7、导电基材；8、极柱；9、隔板；10、活泼金属片；11、非活泼金属片；12、PN结半导体片；13、绝缘密封胶；14、导电胶；15、P型半导体单元片；16、N型半导体单元片；17、PN结半导体单元片；18、隔墙；19、输出端子；20、绝缘分隔体；21、P区；22、N区。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例做进一步描述：

实施例1：

如图1所示，本实施例所述半导体离子能发电方法，在容器1内置入离子液体2，然后向离子液体2内置入一组发电单元，所述发电单元包括一对设置的P型半导体片3和N型半导体片4，P型半导体片3和N型半导体片4的电场与离子液体2内的离子电场相互作用，离子液体2中带正电荷的离子在电场作用下流向N型半导体片4，离子液体2中带负电荷的离子在电场作用下流向P型半导体片3，分别由P型半导体片3和N型半导体片4接出导电端，图1中导电端采用导线，分别为N型半导体片4引出的正极引线5和P型半导体片3引出的负极引线6。

其中，P型半导体片3和N型半导体片4平行置于离子液体2内，P型半导体片3和N型半导体片4的电场与离子液体2内的离子电场相互作用的场强较大时，易于保证产生电流的稳定性。

实施例2：

如图2-3所示，本实施例在实施例1的基础上增设了P型半导体片3和N型半导体片4的数量，如图2所示，所述P型半导体片3包括两层，两层P型半导体片3分别固定在导电基材7的两个侧面上，导电基材7上设置极柱8，导电基材7对P型半导体片3或N型半导体片4起到支撑作用，材质可选用金属铜；P型半导体片3包括多片P型半导体单元片15，P型半导体单元片15通过导电胶14粘接在导电基材7上，P型半导体单元片15之间的空隙填充绝缘密封胶13，导电基材7对离子液体2裸露部分涂覆绝缘密封胶13，保证导电基材7对离子液体2绝缘，导电胶14可采用导电银胶或铜碳素导电胶，绝缘密封胶13采用现售的带有绝缘功能的胶体即可，图2a为发电单元正视图，图2b为发电单元左视图，图2c为发电单元立体，单片P型半导体片3的尺寸与制造能力、水平有关，单片面积大，单板片数多则产生的功率也相应的增大，功率大，重量体积成本也会相应提高，水循环量也相应增加，为满足发电需求，根据实际需要设置P型半导体单元片15的片数及单片面积，同理，对N型半导体片4与P型半导体片3进行相同设置；发电单元包括多对P型半导体片3和N型半导体片4，所述P型半导体片3并联，所述N型半导体片4并联，P型半导体片3和N型半导体片4具体片数的设置以每组发电单元的发电需求为准，多组发电单元可根据使用需求进行并联或串联设置，串联可提高供电电压，并联可成倍提高供电电流，并联或串联后的多组发电单元通过输出端子19为外部负载供电。

容器1根据使用需求可密封也可不密封，发电单元内通过隔板9分隔P型半导体片3和N型半导体片4，以防两者发生撞击短路，隔板9材质可采用微空橡胶或玻璃纤维，根据发电需求，可设置多组发电单元，为防止各组发电单元之间相互影响，在容器1内通过隔墙18分隔各发电单元，用电负载、电流表或电压表接通P型半导体片3和N型半导体片4接出的导电端，形成闭合回路，在P型半导体片3和N型半导体片4的作用下，借由离子液体2中的正负离子产生电流，离子液体2可以是海水、淡水(江水、河水、湖水、井水)、酸、碱、盐溶液及工业污水等，其物理性质表现为用电阻计测量能够导电的离子液体2，用于发电时表现为离子浓度越高所产生的电流也越大，凡是富含正、负离子的液体均可用于半导体离子提取发电。实验证明，同种离子液体2内P型半导体片3和N型半导体片4表征基材变化和掺杂浓度变化均会导致输出电流、电压的变化，相同的P型半导体片3和N型半导体片4置于不同的离子液体2中所产生的电流和电压也是不同的，为了满足不同的使用需求，可适应性的调节P型半导体片3和N型半导体片4的规格及离子液体2的种类和浓度。

实施例3：

如图4所示，本发明还在实施例1的基础上，将P型半导体片3替换为活泼金属片10，活泼金属片10可采用铝、铁、锌等，以金属铝为例，将浓掺杂的N型半导体片4、金属铝置于离子液体2中时，因为N型半导体片4中存在着大量电子，金属铝中有极少的自由电子，几乎不存在空穴，离子液体2中的正离子电荷在离子电场的作用下与N型半导体片4的电子场产生交换，大量的正离子电荷进入N型半导体片4，N型半导体片4内大量电子进入离子液体2形成电流，通过导电端接至用电负载为负载供电，此种发电方法响应快，产生电流迅速，但是在离子液体2中活泼金属有腐耗的趋向。

实施例4：

如图5所示，本发明在实施例1的基础上，将N型半导体片4替换为非活泼金属片11，非活泼金属片11可采用金属铜、金、银、铂等，以铜为例，将P型半导体片3和铜置于离子液体2中，因为P型半导体片3存在着大量空穴，金属铜中有极少的自由电子，几乎不存在空穴，离子液体2中的负离子电荷在离子电场的作用下与P型半导体片3的空穴电场产生交换，离子液体2中大量的负离子电荷进入P型半导体，P型半导体中的大量空穴进入离子液体2形成电流。通过导电端接至用电负载为负载供电，此种发电方法响应快，产生电流迅速，且非活泼金属不发生变化，在离子液体2中金属没有腐耗的趋向。

实施例5：

如图6-7所示，本发明还提供另一种半导体离子能发电方法，在容器1内置入离子液体2，然后向离子液体2内置入一组发电单元，各发电单元通过隔墙18分隔，所述发电单元包括一片PN结半导体片12，离子液体2中的正负离子受到PN结半导体片12的电场作用，PN结半导体片12的P区21大量空穴吸收离子液体2中的负离子，PN结半导体片12的N区22大量电子吸收离子液体2中的正离子，PN结的耗尽区打开并趋于饱和，由PN结半导体片12的P区21和N区22分别引出导电端，图6a为PN结未进入离子液体2时的开路内电场状态，图6b为PN结进入离子液体2时的回路电场状态。

试验表明，同种离子液体2中，PN结半导体片12的表征基材变化和掺杂浓度变化均会导致输出电流、电压的变化，相同的PN结半导体片12置于不同的离子液体2中所产生的电流和电压是不同的，离子液体2中离子浓度越高产生的电量也越大，离子浓度低产生的电量也小。

实施例6：

如图8-9所示，本实施例在实施例6的基础上，在发电单元内设置好四片PN结半导体片12，图8a为发电单元正视图，图8b为发电单元左视图，图8c为发电单元立体图，发电单元的多个PN结半导体片12之间设置隔板9，多个PN结半导体片12的P区21并联，多个PN结半导体片12的N区22并联，PN结半导体片12的具体片数的设置以每组发电单元的发电需求为准，多组发电单元可根据使用需求进行并联或串联设置，串联可提高供电电压，并联可成倍提高供电电流；PN结半导体片12包括两层，两层PN结半导体片12分别固定在导电基材7的两个侧面上，所述导电基材7两个侧面顶部分别对应PN结半导体片12的P区21和N区22设置极柱8，PN结半导体片12包括多片PN结半导体单元片17，PN结半导体单元片17的N区22通过导电胶14粘接在导电基材7上，导电基材7上与N区22对应的极柱8与导电基材7相通；PN结半导体单元片17的P区21通过负极引线6连接至P区21对应的极柱8，导电基材7上与P区21对应的极柱8与导电基材7通过绝缘分隔体20进行分隔绝缘，绝缘分隔体20采用绝缘材料制成即可，PN结半导体单元片17之间的空隙填充绝缘密封胶13，导电基材7对离子液体2裸露部分填充绝缘密封胶13，保证导电基材7对离子液体2绝缘，导电胶14可采用导电银胶或铜碳素导电胶，绝缘密封胶13采用现售的带有绝缘功能的胶体即可，导电基材7材质优选金属铜，为提高发电单元的发电功率需要增大PN结半导体片12与离子液体2的总接触面积，导电基材7对PN结半导体片12起到支撑作用，当前国内PN结半导体片12的制造面积有限，为增加其发电功率，通过导电基材7对PN结半导体片12的面积进行扩展，增加PN结半导体片12与离子液体2的接触面积，PN结半导体单元片17的制造工艺可参照现在太阳能光伏电池片。

Claims (10)

1.一种半导体离子能发电方法，其特征在于，在容器(1)内置入离子液体(2)，然后向离子液体(2)内置入至少一组发电单元，各发电单元通过隔墙(18)分隔，所述发电单元包括至少一对成对设置的P型半导体片(3)和N型半导体片(4)，P型半导体片(3)和N型半导体片(4)的电场与离子液体(2)内的离子电场相互作用，离子液体(2)中带正电荷的离子在电场作用下流向N型半导体片(4)，离子液体(2)中带负电荷的离子在电场作用下流向P型半导体片(3)，分别由P型半导体片(3)和N型半导体片(4)接出导电端。

2.根据权利要求1所述的半导体离子能发电方法，其特征在于，所述P型半导体片(3)和N型半导体片(4)平行置于离子液体(2)内。

3.根据权利要求1所述的半导体离子能发电方法，其特征在于，所述发电单元包括多对P型半导体片(3)和N型半导体片(4)，所述P型半导体片(3)并联，所述N型半导体片(4)并联。

4.根据权利要求1、2或3所述的半导体离子能发电方法，其特征在于，所述P型半导体片(3)包括两层，两层P型半导体片(3)分别固定在导电基材(7)的两个侧面上，导电基材(7)上设置极柱(8)。

5.根据权利要求4所述的半导体离子能发电方法，其特征在于，所述P型半导体片(3)包括多片P型半导体单元片(15)，P型半导体单元片(15)通过导电胶(14)粘接在导电基材(7)上，P型半导体单元片(15)之间的空隙填充绝缘密封胶(13)，导电基材(7)对离子液体(2)裸露部分涂覆绝缘密封胶(13)。

6.根据权利要求1所述的半导体离子能发电方法，其特征在于，所述P型半导体片(3)替换为活泼金属片(10)。

7.根据权利要求1所述的半导体离子能发电方法，其特征在于，所述N型半导体片(4)替换为非活泼金属片(11)。

8.一种半导体离子能发电方法，其特征在于，在容器(1)内置入离子液体(2)，然后向离子液体(2)内置入至少一组发电单元，各发电单元通过隔墙(18)分隔，所述发电单元包括至少一片PN结半导体片(12)，离子液体(2)中的正负离子受到PN结半导体片(12)的电场作用，PN结半导体片(12)的P区(21)大量空穴吸收离子液体(2)中的负离子，PN结半导体片(12)的N区(22)大量电子吸收离子液体(2)中的正离子，PN结的耗尽区打开并趋于饱和，由PN结半导体片(12)的P区(21)和N区(22)分别引出导电端。

9.根据权利要求8所述的半导体离子能发电方法，其特征在于，发电单元的多个PN结半导体片(12)之间设置隔板(9)，多个PN结半导体片(12)的P区(21)并联，多个PN结半导体片(12)的N区(22)并联。

10.根据权利要求8所述的半导体离子能发电方法，其特征在于，所述PN结半导体片(12)包括两层，两层PN结半导体片(12)分别固定在导电基材(7)的两个侧面上，所述导电基材(7)两个侧面顶部分别对应PN结半导体片(12)的P区(21)和N区(22)设置极柱(8)。