CN109417297A - 离子发电站 - Google Patents

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Abstract

离子发电站的运行是基于浸没在海水中的或在电池内部具有普通盐的水中的多个牺牲阳极的稳定腐蚀，没有膜将阴极区与阳极区分开，通过泵在电池和储存器之间的闭合回路中移动的水的循环在电池内部产生动力学条件。本发明解决的问题是通过校正由Tafel行为偏差引起的电压降来逆转所谓的极化效应。在共同的光伏电池内发生的这种极化决定了电池的电势及其使用寿命，其限于电解液浆料中的化合物的电势。本发明在其所有步骤中校正和反转极化过程，使得该过程在实践中取之不尽。在构成本发明的电池内产生的动力产生与极化相反的反应，并因此产生永久电流。在根据本发明的电池内循环的电解液是水，并且水的动力将从环境空气吸收的大气氧传递到电池。结合到闭合回路中的O‑是产生阳极氧化反应并将该O‑键合到电池内部产生的气态氢分子所必需的，其中当形成偏振绝缘膜时阴极是负极化的，并且由于这个原因，由于电池内部的动力，气态氢H2被键合并再转化成H2O。由于该过程在电池内部产生的石灰和氢氧化物溶解在电解液中，增加了其电阻。为了校正这种效果，通过将它们传送到闭合回路的过滤器而移除它们。在此过程中，水的PH值也降低，并且通过提供可忽略比例的无污染的弱酸来纠正这种影响，并且当泵送水时，盐中存在的氯离子Cl与O结合，产生ClO离子。这增加了阳极中免疫区的氧化，提高了电效率。水的消耗仅限于过滤器用于自冲洗的水，并因此消耗的水量可忽略不计。一段时间后，一旦消耗了多个牺牲阳极，它们就被类似的阳极所取代，并因此根据本发明的系统的使用寿命实际上限于构成它的塑料的长使用寿命。产生的电流转换成交流电流供使用。

Description

离子发电站
技术领域
发明目的
离子发电站是模块化安装，可以连接任何数量的电能。在此，如在海洋中以其天然状态发现的那样，用诸如水(H2O)+溶解的氯化钠(NaCl)的基本元素激发离子反应以产生电能。
除了作为主要基础的氯化钠之外，可以将其他电解液添加到该液体溶液中，该液体溶液用作清洁能源生成燃料，以改善性能。
背景技术
在发电和蓄电方面，我们熟悉由以下因素产生的能量：
·电池和蓄电池采用氧化还原型工艺，氧化还原。
电池本质上是充满了产生电子的化学物质的罐子。化学反应能够产生电子，而这种现象称为电化学反应(可能的化学反应耗尽就一次性结束)，因此元件的使用寿命结束时，如果废弃则会污染环境，或者，为了避免这种效果，有必要回收。
如果检查电池，它有两个端子。一个端子标记为正(+)，而另一个端子标记为负(-)。对于AA或C(最常见的电池)，端部是端子。对于汽车电池，有两个大管作为端子。最常见的是：
-锌电池，也称为标准碳电池。锌碳化学性质用于任何AA或相关电池。电极由锌和碳制成，它们之间具有酸性键作为电解质。
-碱性电池。电极是锌和氧化锰与碱性电解质。
-镍镉电池。这些使用氢氧化镍和镉电极，用氢氧化钾作为电解质。它们是可再充电的。
-镍金属氢化物。可再充电。他们很快就取代了镍镉，因为他们不会遇到前者的问题。
-锂离子。可再充电。在最新的笔记本电脑和手机中使用的性能比例非常好。
-银锌。用于航空应用，因为性能百分比良好。
-盐水电池。用于救生衣、无线电信标和其他应用，其中，在有限的时间内需要少量的能量，并且其中由于失效(expiration)的原因不能使用电解液。它们是由两种金属组成的小元件，这两种金属具有连接到灯或低耗电量的无线电信标的不同的电偶，他们没有密封地位于密闭电池内部，因此当它们与海水接触时，当元件浸没在活水中时，换句话说，在海水中，海流更新水和两个电极之间的溶解氧水平时，发生电化学反应，其在短时间内保持稳定。
·用于化石燃料燃烧的电热发电机
·由放射性元素供电的发电站。
·可再生能源：
使用能源或燃料的可再生能源被认为取之不尽，或者能够以与消耗相同的速率再生。
可再生能源的分类取决于所使用的自然资源。
太阳能。
有两种使用太阳能的方式：太阳能热能和光伏太阳能。
太阳能热能的使用包括利用通过太阳辐射获得的热能来加热流体，该流体根据其温度用于产生热水甚至蒸汽。
光伏太阳能的使用是通过所谓的光伏效应将太阳能直接转换成电能来进行的。这种转换是由“太阳能电池”进行的，这种“太阳能电池”由当太阳辐射照射它们时发电的半导体材料(例如硅)制成。
风能。
风能系统利用风中包含的动能通过所谓的风力涡轮机产生电力。有两种类型的风力涡轮机：
·独立的，在偏远地区发电以供自我消费。这些装置与光伏板结合是很常见的。
·由一组风力涡轮机组成的风力发电场，将生成的电力卖给电网。
当前的技术发展以及对不同地区风况的更多了解，使得能够在世界许多地区实施与电网相连的风电场。
微型水力能。
利用来自下落的水的潜在能量来发电被称为水力量。水移动涡轮机，其旋转运动通过轴传递到发电机。当功率小于10兆瓦(微型水力能)时，这种类型的能源被认为是可再生的。
基本上有两种类型的水力发电站：
·流水电站：捕获流经河流的部分流量并将其带到电站进行湍流和发电的电站。然后该流量返回河床。
·大坝脚下的电站：位于水库下游的用于水力发电或其他用途(诸如城镇或灌溉供水)的电站。它们具有储存能量(水)并且在最需要时能够使用它的优点。
生物质能源。
生物质是基于使用植物或动物来源的有机物质(包括其转化产生的产物和副产物)的能源。生物质这一术语用于许多不同种类的能源材料的收集：森林残留物、木本和草本农业废弃物、各种工业过程中的残留物、能源作物、城市固体废物中含有的有机物质、来自家畜废物的沼气或来自工业设施、城市废水处理或垃圾填埋场的可生物降解废物等。主要用于运输的生物燃料也可以包括在术语生物质中。
生物质应用可分为两组：
·通过生物质直接燃烧运行的家庭和工业应用。
·与新资源和新处理技术的出现相关的应用，诸如生物质的气化和热解。
潮汐和波浪能。
海洋和大洋是巨大的太阳能集热器，可以从各种来源(波浪、潮汐和热梯度)中提取能量。
海水在其上升和下降潮汐运动(落潮和流动)中释放的能量通过使水通过水力涡轮机而用于潮汐发电站。
波浪能由风产生并且非常不规则。这导致了许多类型的机器供其使用。
最后，海洋热能转换是将地表水和100米深的水之间的温差转换成有用能量的方法。相差20℃就足够了。这种能源的优点与它是永久性和环境友好的热跳跃有关。
地热能。
地热能是在地球内部高温处发现的岩石或水中积聚的热能的表现。
适用于有特殊热条件的区域，例如，火山区域，在这些地区循环流动的流体将热能以热区域中存储的热量的形式输送到地面。
取决于其温度(高、中或低)产生的能量用于产生电力以加热水或用于加热。
地热能的主要优势在于其对环境的影响微乎其微，并且其产量使其能够与石油竞争。但其主要缺点包括需要大量投资，以及地热田相对稀缺，并且往往位于不利的地区。
发明内容
离子发电站的运行基于使用位于电池内的两个元件来发电，至少包括金属阳极，两者都浸没在相同的电解液中而没有膜分离这些元件，其中一个元件用作活性或阳极端，而另一个用作惰性或阴极端。
水(电解液)和氧气(氧化剂)的同时存在使得电化学腐蚀几乎不可避免。
盐(NaCl)在水中的溶解产生称为带正电荷(NA+)和带负电荷(Cl-)离子的粒子，其与金属接触，转化为电子，产生电流。
这些粒子分布在水分子中，我们将其置于类似于电流系统的电池系统中，其通过阴极中的还原作用和阳极中的氧化产生电能。它们与传统原电池的不同之处在于，它们(阳极和阴极)在水(963‰)，氯化钠(NaCl)(35‰)的百分比中共用相同的浸没溶液，并且可以通过空气扩散器将氧气添加到电解液中以使其富含氧气。这足以获得有利的电流，并且可以通过以非常低的比例(约2‰)向电解液中添加存在于其他化合物中的氧化分子来增加强度和电压。
在本发明中解决的问题是校正Tafel的行为，因为盐水是有效的电解液。因此，当具有不同反应性的两种不同金属浸入相同的导电溶液(我们称之为电解液)中并且彼此电连接时，我们将拥有从最活跃或阳极金属到最惰性或阴极金属的电子流，使阳极材料缺乏电子。阳极由活跃金属组成，而阴极由惰性金属组成。负电极(阳极)是发生腐蚀的地方。这种腐蚀倾向于保护阳极的氧化过程，从而导致电生产下降。
为了获得纯金属，我们必须将它们与矿物质分开，矿物质是一种很好的能量来源，并且金属必须吸收和储存一定量的能量，这样这种能量将允许随后通过氧化过程返回其原始状态。
如在发电电池内部的附图说明中所指出，存在金属的牺牲阳极，其能量以受控方式通过将在电池内部发生的腐蚀来回收，从而缓慢地产生阳极的溶解。
有些行为显着减少这种腐蚀并因此减少电生产，使得在不纠正这种行为的情况下利用这种能量是不可行的。
通过在本发明中开发和应用的技术，通过解决问题有效地校正了这些行为，其解决方案允许最佳的发电。
为了使这种腐蚀以恒定的方式发生并且不会降低电流的产生，本发明在闭合回路中增强了发电电池内部的动力，为电化学过程创造最佳条件，以收集和更新电池内电解液的所有必要元素，以保持电化学过程恒定，特别是溶解的化学元素与金属的接触和更新，从而避免由于偏离TAFEL的行为而产生的电压降，当反应速度由工艺序列中的较慢阶段控制时，由于阴极和阳极表面上的浓度极化而产生TAFEL偏差，这导致电子流产生的减少以及电流强度和其电压的间接下降。这种效应起因于参与发电电池内部发生的电化学反应的试剂供应不足，所以当反应速度增加时，由于试剂不足或产物过量，由于试剂到达电极表面的速度慢或者反应产物扩散到溶液中的速度，反应速度通常会受到限制。
浓差极化对腐蚀系统的影响非常重要。由于H+、溶解氧和如钠(Na+)和氯(Cl-)离子的其他电解液元素的供应，极化浓度影响阴极反应。
腐蚀和电生产的速率完全取决于阴极试剂向金属表面的输送。在后一种情况下，无论是由于腐蚀性介质(盐水)中H+浓度低或溶解的大气氧，或者电池中积聚的氢氧化物，阴极试剂供应不足有助于通过控制阴极反应的情况来降低腐蚀过程的速度。
为了避免这些不良影响，电池属于电解液的闭合回路，使得离子发电站自动周期性地再循环电池的液体成分，以更新其成分的含量，并保持稳定的所需电压，从而通过纠正Tafel行为产生的偏差来增加或减少它。
电池串联或并联连接，直到达到所需的电压和电流。
在直接接触海水、在沿海设施或船上的情况下，电池可以是开放回路的一部分。
离子发电站相对于所描述的技术状态的主要优势是：
它是一种模块化设备，可以从家庭、工业、酒店、运输服务等连接到每个最终用户(获得所需电力所需的单元的数量)。
它使用可再生能源进行电力生产。
它是一种自主和经济的能源，为用户创造独立和能源自由，限制水和盐的再循环维护，以及每五年更换一次蓄电池，以及长期低成本的电池阳极。
附图说明
图1表示发电电池的正面图。
图2表示离子发电站的正面图。
具体实施方式
根据表示发电电池的正面图的图1，本发明包括多个彼此串联和并联连接的电池。它由电解液入口和气体出口管道(1)、负号阳极连接端子(2)、用于打开电池的盖子(3)、具有绝缘电池的容器(4)、具有正号的阴极连接端子(5)、阴极(6)、电解液占据的内部空间(7)、阳极(8)、从电池中排出电解液并保持电解液的阀门(9)、以及电解液出口管(10)组成。
根据显示了离子发电站的正面图的图2，它由其他氧化增强电解液的沉积物(11)、氯化钠(NaCl)的沉积物(12)、用于电解液的计量装置(13)、水连接(14)、电解液罐(15)、用于清洁过滤器和排空罐的出水管(16)、用于电解液的过滤器(17)、将电解液从罐驱动到发电电池的泵(18)、累积产生的过剩电力的电池(19)、小隔间和其他元件的容器柜(20)、用于给电池充电并将电流传输到干线(mains)的电子模块控制器(21)，直流到交流的转换器、包含串联连接以及并行互连的隔间的机柜中的可移动托盘(22)、一通用差动电气保护板和热磁铁，和输出连接(23)，用于电力的供给和输出连接以提供电力。

Claims (19)

1.离子发电站，其特征在于，它包括使用海水或盐水作为电解液(15)发电(7)的电池、所述电池外用于所述电解液的沉积物、氯化钠(NaCl)海盐的沉积物(12)、电解液测量和配量装置(11和13)、所述电池和罐的进水口(1、10和14)、所述电池和所述罐的出水口的排水管(1、10和16)、用于所述电解液的过滤器(18)、用于将所述电解液从所述罐驱动到发电电池的泵(17)、用于所述电池和其他元件的容器柜(20)、在包含串联连接以及并行互连的所述电池的机柜中的可移动托盘(22)、用于所产生的过剩电力的蓄电池(19)、为电池充电和将电流传送到干线的电子模块(21)、直流到交流转换器模块(21)、用于差动电气保护和热磁铁的通用面板(23)、用于电源的输出连接(23)。
2.根据权利要求1所述的离子发电站，其特征在于，它具有多个串联和并联连接的发电电池，每个发电电池由所述电解液的输入口和输出口(1，10，16和14)组成，至阳极和阴极的连接端子(2和5)，通过打开盖子(3)可互换所述阳极(8)。
3.根据权利要求2所述的离子发电站，其特征在于，在所述电池中使用管状、光滑片、棒或不锈钢网的形式的阴极(6)，优选型号为316、317、329和330UNS，编号为S31600、S31700、S32900、NO8330或双工和超级双工类型。
4.根据权利要求2所述的离子发电站，其特征在于，在所述电池中使用管状、光滑片、棒或金或镍网的形式的阴极(6)。
5.根据权利要求2所述的离子发电站，其特征在于，在所述电池中使用管状、平滑片、棒或铂或铜网的形式的阴极(6)。
6.根据权利要求2所述的离子发电站，其特征在于，在所述电池中使用管状、平滑片、棒或石墨或黄铜网的形式的阴极(6)。
7.根据权利要求2所述的离子发电站，其特征在于，在所述电池中使用管状、平滑片、棒或锌网的形式的阳极(8)。
8.根据权利要求2所述的离子发电站，其特征在于，在所述电池中使用管状、平滑片、棒或镁网的形式的阳极(8)。
9.根据权利要求1所述的离子发电站，其特征在于，在所述电池中使用管状、平滑片、棒或铍网的形式的阳极(8)。
10.根据权利要求2所述的离子发电站，其特征在于，在所述电池中使用管状、平滑片、棒或铝合金网的形式的阳极(8)。
11.根据权利要求2所述的离子发电站，其特征在于，在所述电池中使用管状、平滑片、棒或镉网的形式的阳极(8)。
12.根据权利要求1所述的离子发电站，其特征在于，能够在所述电解液中使用硫酸(H2SO4)的百分比。
13.根据权利要求1所述的离子发电站，其特征在于，能够在所述电解液中使用氢氧化钠(NaOH)。
14.根据权利要求1所述的离子发电站，其特征在于，能够在所述电解液中使用过氧化氢(H2O2)。
15.根据权利要求1所述的离子发电站，其特征在于，能够在所述电解液中使用氯化钾(KCl)。
16.根据权利要求1所述的离子发电站，其特征在于，能够在所述电解液中使用硝酸(HNO)。
17.根据权利要求1所述的离子发电站，其特征在于，能够在所述电解液中使用盐酸(HCl)。
18.根据权利要求1所述的离子发电站，其特征在于，它可以用于石墨烯电解液中。
19.根据权利要求1所述的离子发电站，其特征在于，使用自动或远程复位的通用电气保护盒、差动保护模块和热磁铁和示波器，其包括继电器输出na/nc，可在其所有功能中编程，具有消耗表，并且所有这些元件通过电缆或Wi-Fi连接到网络进行远程监控(23)。
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