TW202127717A - 利用酸液發電之結構及其方法 - Google Patents

Abstract

本發明為有關一種利用酸液發電之結構及其方法，主要結構包括至少一容置槽、至少一盛裝於該容置槽內之廢棄酸性液體、至少一浸泡於該廢棄酸性液體內之石墨件、至少一浸泡於該廢棄酸性液體內之金屬件、一分別電性連結該石墨件與該金屬件之電力輸出組件。藉上述結構，利用廢棄酸性液體中的氫離子與金屬件的金屬元素產生自發性反應，並藉其電位差輸出電力，其中石墨本身化學性質不活潑，且耐腐蝕性高，故可確實排除氫氣、避免受酸性影響發電，而金屬件只需選用標準電極電位小於0者，即可促使自發性反應的發生，並回收使用廢棄酸性液體作為電解液，除可降低成本，也能降低廢棄酸性液體的酸性強度。

Description

利用酸液發電之結構及其方法

本發明為提供一種利用酸液發電之結構及其方法，尤指一種結構簡單、材料成本低、可回收廢棄酸性液體、及降低廢棄酸性液體之酸性強度的利用酸液發電之結構及其方法。

按，學理上常談論之伏打電池(Voltaic pile)是利用兩種不同金屬電極與電解質接觸而產生伏打電源(Voltaic source)，最初的伏打電池採用銀與鋅的金屬電極，而會有金屬電極的腐蝕損耗以產生電能。電池的結構隨著時代需要不斷的改進，例如鉛酸蓄電池、乾電池、水銀電池，到現在常用的鋰電池等，但是這些電池需利用電極的腐蝕損耗以及利用電解質的反應，不但材料取得成本較高，且皆是損耗有限的地球資源，並造成環境污染以換取電能。

水果電池，是一種利用水果的氧化還原反應產生電位差來進行發電的技術。一般而言，水果含有豐富的維生素C而呈現酸性，水果電池的原理即是利用果汁中酸性物質的氫離子，在正極被還原成氫氣(氫之標準電極電位為0.00V)，而負極的鋅易被氧化(鋅的標準氧化電位為0.74V)。因此，以銅片為正極，以鋅片為負極時，產生的電位差為0.74V。但水果電池的電流量太小，通常只有幾個微安培的大小，且水果內的電解質及組織狀態也無法使離子與電子的傳輸工作在高電流運作下進行，此外，安全性較高的水果電池，其主要的缺點除了電流小之外，因負極產生的氫氣仍然會累積在電極表面，而正極的金屬則會因為氫離子被腐蝕，因此，由於水果組織無法有效排除氫氣及金屬腐蝕的問題，都會影響電池的長期使用效能，而造成潛在的危險。

故上述電池於使用時，存在下列問題與缺失尚待改進：

第一，材料成本較高，且皆屬於消耗性的電池，不論是消耗電解質、催化劑、或其他地球資源，都不足以稱為有利於環保的電池。

第二，水果電池電流太小，難以實際運用，且負極產生的氫氣沒有適當的排除管道，而正極的金屬也容易受酸性腐蝕，而影響發電效果。

是以，要如何解決上述習用之問題與缺失，即為本發明之創作人與從事此行業之相關廠商所亟欲研究改善之方向所在者。

故，本發明之創作人有鑑於上述缺失，乃蒐集相關資料，經由多方評估及考量，並以從事於此行業累積之多年經驗，經由不斷試作及修改，始設計出此種結構簡單、材料成本低、可回收廢棄酸性液體、及降低廢棄酸性液體之酸性強度的利用酸液發電之結構及其方法的發明專利者。

本發明之主要目的在於：利用低成本的廢棄酸性液體發電，同時降低廢棄酸性液體的酸性強度，降低其對環境的污染，且以石墨件做為電源正極，可減緩腐蝕問題、穩定電源輸出。

為達成上述目的，本發明之主要結構包括：至少一容置槽，該容置槽內盛裝有至少一廢棄酸性液體，該廢棄酸性液體內浸泡有至少一作為電源正極使用之石墨件、及至少一作為電源負極使用之金屬件，該石墨件與該金屬件電性連結有一電力輸出組件，以使該廢棄酸性液體中的氫離子與該金屬件的金屬元素產生自發性反應，並藉其電位差輸出電力。

利用酸性液體會對金屬產生自發性反應的原理，將金屬件浸泡於廢棄酸性液體中進行發電，其中，廢棄酸性液體的回收使用屬於低成本的材料，且因電源正極為化學性質不活潑的石墨件，故反應後，廢棄酸性液體中的氫離子變為氫氣飄散於空氣中、金屬件的金屬元素則溶解於廢棄酸性液體中，因此，既不對電源正極的石墨件造成腐蝕，同時也能降低廢棄酸性液體的酸性強度，使用壽命長、有利於降低環境污染，且整體利用容置槽加以模組化，可自由調整電流電壓強度、使用上非常方便。

藉由上述技術，可針對習用電池所存在之屬消耗性電池、不環保、電流強度低、及發電效果不穩定的問題點加以突破，達到上述優點之實用進步性。

1、1a、1b‧‧‧容置槽

2、2a、2b‧‧‧廢棄酸性液體

3、3a‧‧‧石墨件

4、4a、4b‧‧‧金屬件

5、5a、5b‧‧‧電力輸出組件

51、51a、51b‧‧‧導電媒介

52‧‧‧密封部

53b‧‧‧耦接部

6‧‧‧蓄電裝置

7a‧‧‧用電裝置

第一圖 係為本發明較佳實施例之立體圖。

第二圖 係為本發明較佳實施例之分解圖。

第三圖 係為本發明較佳實施例之方塊流程圖。

第四圖 係為本發明較佳實施例之使用狀態圖。

第五圖 係為本發明再一較佳實施例之實施示意圖。

第六圖 係為本發明又一較佳實施例之立體圖。

為達成上述目的及功效，本發明所採用之技術手段及構造，茲繪圖就本發明較佳實施例詳加說明其特徵與功能如下，俾利完全了解。

請參閱第一圖至第三圖所示，係為本發明較佳實施例之立體圖至方塊流程圖，由圖中可清楚看出本發明係包括：

至少一容置槽1；

至少一盛裝於該容置槽1內之廢棄酸性液體2；

至少一浸泡於該廢棄酸性液體2內之石墨件3，係作為電源正極使用；

至少一浸泡於該廢棄酸性液體2內之金屬件4，該金屬件4之標準電極電位小於0，以作為電源負極使用；

一分別電性連結該石墨件3與該金屬件4之電力輸出組件5，以使該廢棄酸性液體2中的氫離子與該金屬件4的金屬元素產生自發性反應，並藉其電位差輸出電力。

其中該金屬件4係為鐵、鋅、鎳、鉻、鋁、或至少兩種材料之組合其中之一者，而該廢棄酸性液體2係為廢酸(包括家庭廢酸、農業廢酸、或工業廢酸等)、廢水、或酸雨其中之一者。

而本發明利用酸液發電之方法，其步驟包括：

(a)取一容置槽；

(b)將至少一標準電極電位小於0之金屬件，置於該容置槽內作為電源負極使用；

(c)將至少一石墨件設於該容置槽內，作為電源正極使用；

(d)於該容置槽內盛裝至少一廢棄酸性液體，使該金屬件及該石墨件浸泡於該廢棄酸性液體中；

(e)該廢棄酸性液體中的氫離子與該金屬件的金屬元素產生自發性反應，並藉其電位差產生電力，而透過一分別電性連結該石墨件與該金屬件之電力輸出組件輸出電力。

藉由上述之說明，已可了解本技術之結構，而依據這個結構之對應配合，更可達到結構簡單、材料成本低、可回收廢棄酸性液體2、及降低廢棄酸性液體2之酸性強度等優勢，而詳細之解說將於下述說明。

請同時配合參閱第一圖至第四圖所示，係為本發明較佳實施例之立體圖至使用狀態圖，藉由上述構件組構時，由圖中可清楚看出，本發明係利用酸性液體會對金屬產生自發性反應的原理，將金屬件4浸泡於廢棄酸性液體2中進行發電，並配合將電力輸出組件5的一端連結於石墨件3及金屬件4，另一端連結於蓄電裝置6，即可進行充電。以金屬件4為鋅作為舉例時，其發生之反應式為：

正極反應：2H⁺(aq)+2e^-→H₂(g) E=0.00V

負極反應：Zn(s)→Zn²⁺(aq)+2e^- E=+0.74V

總反應：Zn(s)+2H⁺(aq)→Zn²⁺(aq)+H₂(g) E=+0.74V其中H⁺(aq)為氫離子溶液、H₂(g)為氫氣、Zn(s)為固態鋅、Zn²⁺(aq)為鋅離子溶液。

本發明之廢棄酸性液體2，係回收自廢酸、廢水、或酸雨其中之一者，皆為本身無實用性、甚至對環境有危害之液體，故廢棄酸性液體2的回收使用，屬於低成本的材料，金屬件4的部分，因應上述反應式之氫離子，選用條件只有標準電極電位小於0，例如二價鐵的標準電極電位為-0.441V、鎳的標準電極電位為-0.250V、二價鉻的標準電極電位為-0.56V、三價鉻的標準電極電位為-0.74V等皆為常用之金屬，故可回收使用含有鐵、鋅、鎳、鉻等金屬材質之廢棄金屬作為本發明之金屬件4使用，即可進一步降低整體材料成本。

另外，電力輸出組件5可分別連結固定於石墨件3及金屬件4上、或透過一設於該容置槽1內之導電媒介51(如金屬板體或石墨板體)來耦接該金屬件4，且本實施例中，該導電媒介51係以穿設容置槽1的方式對外連結，並於導電媒介51與容置槽1間設有至少一密封部52(如防水膠)，以 避免廢棄酸性液體2滲漏、及避免電力輸出組件5受廢棄酸性液體2影響。

再者，石墨本身的材質特性包括耐腐蝕性強，故可長時間置放於廢棄酸性液體2中，不產生腐蝕現象，石墨本身的材質特性還包括化學性質不活潑，使石墨件3做為電源正極使用時，幾乎可不用汰換，且不影響反應效果，同理，氫離子在石墨件3所在的電源正極反應時，也因此直接反應為氣態的氫氣飄散於空氣中，不附著於石墨件3表面，進而減少廢棄酸性液體2中的氫離子濃度，意即可降低廢棄酸性液體2的酸性強度，而金屬件4反應後生成的金屬元素，則溶解於廢棄酸性液體2中，由於廢棄酸性液體2本來就會轉移至如汙水處理廠等處，故即便增加了原本沒有的金屬元素，也不會造成影響。整體而言，使用壽命長，且有利於降低環境污染。

再請同時配合參閱第五圖所示，係為本發明再一較佳實施例之實施示意圖，由圖中可清楚看出，本實施例與上述實施例為大同小異，僅將複數個石墨件3a彼此串聯使用，以加大該自發性反應之反應電流，並將複數個容置槽1a透過電力輸出組件5a彼此串聯，以加大該自發性反應之反應電壓，及將複數個金屬件4a同時置於容置槽1a中，並以導電媒介51a共同耦接金屬件4a，以延長反應時間。假設單一石墨件3a所產生的反應電流為0.3A，只要將十個石墨件3a彼此串聯，即可產生3A的電流，而單一容置槽1a所產生的反應電壓為0.74V，則只要串聯四個容置槽1a，即可產生接近3V的電壓，另外，單一金屬件4a可維持60分鐘的反應時間，則只要同時置放三個金屬件4a，即可維持180分鐘。如此只要將電力輸出組件5a直接連結至一般電池即可供給運作的用電裝置7a上，便能利用廢棄酸性液體2a直接發電供給該用電裝置7a運作。

再請同時配合參閱第六圖所示，係為本發明又一較佳實施例之立體圖，由圖中可清楚看出，本實施例與上述實施例為大同小異，僅於該導電媒介51b一側具有一延伸形成至該廢棄酸性液體2b外之耦接部53b，係以不破壞容置槽1b之方式，使電力輸出組件5b仍可在不接觸廢棄酸性液體2b的情況下完成電力輸出，故本實施例中，導電媒介51b以L型態樣舉例，耦接部53b即為L型的垂直邊，或可進一步將導電媒介51b的底邊變更為整片形式，而平鋪布滿容置槽1b，以增加與金屬件4b的接觸面積，藉此說明本發明電力輸出方式之多變性。

惟，以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，非因此即侷限本發明之專利範圍，故舉凡運用本發明說明書及圖式內容所為之簡易修飾及等效結構變化，均應同理包含於本發明之專利範圍內，合予陳明。

是以，本發明之利用酸液發電之結構及其方法為可改善習用之技術關鍵在於：

第一，電解液及電源負極皆可選用低成本的回收材料，故可大幅降低使用成本。

第二，電源正極使用石墨件3，故可利用其惰性及耐腐蝕性，有效提升發電穩定度及提升本發明之使用壽命。

第三，以廢酸做為電解液使用時，更可於反應後，進一步降低廢棄酸性液體2的酸性強度，而降低對環境的污染，或縮短汙水處理的工時。

第四，可藉由增減石墨件3、容置槽1及金屬件4的數量，自由控制反應電流、反應電壓的大小、及反應維持時間，以供不同情境使用，使用自由度高。

綜上所述，本發明之利用酸液發電之結構及其方法於使用時，為確實能達到其功效及目的，故本發明誠為一實用性優異之發明，為符合發明專利之申請要件，爰依法提出申請，盼 審委早日賜准本發明，以保障創作人之辛苦創作，倘若 鈞局審委有任何稽疑，請不吝來函指示，創作人定當竭力配合，實感德便。

1‧‧‧容置槽

2‧‧‧廢棄酸性液體

3‧‧‧石墨件

4‧‧‧金屬件

5‧‧‧電力輸出組件

Claims (10)

1. 一種利用酸液發電之結構，其主要包括：

   至少一容置槽；

   至少一盛裝於該容置槽內之廢棄酸性液體；

   至少一浸泡於該廢棄酸性液體內之石墨件，係作為電源正極使用；

   至少一浸泡於該廢棄酸性液體內之金屬件，該金屬件之標準電極電位小於0，以作為電源負極使用；

   一分別電性連結該石墨件與該金屬件之電力輸出組件，以使該廢棄酸性液體中的氫離子與該金屬件的金屬元素產生自發性反應，並藉其電位差輸出電力。
2. 如申請專利範圍第1項所述之利用酸液發電之結構，其中該石墨件為複數時係彼此串聯，以加大該自發性反應之反應電流。
3. 如申請專利範圍第1項所述之利用酸液發電之結構，其中該容置槽為複數時係透過該電力輸出組件彼此串聯，以加大該自發性反應之反應電壓。
4. 如申請專利範圍第1項所述之利用酸液發電之結構，其中該金屬件係為鐵、鋅、鎳、鉻、鋁、或至少兩種材料之組合其中之一者。
5. 如申請專利範圍第1項所述之利用酸液發電之結構，其中該廢棄酸性液體係為廢酸、廢水、或酸雨其中之一者。
6. 一種利用酸液發電之方法，其步驟包括：

   (a)取一容置槽；

   (b)將至少一標準電極電位小於0之金屬件，置於該容置槽內作為電源負極使用；

   (c)將至少一石墨件設於該容置槽內，作為電源正極使用；

   (d)於該容置槽內盛裝至少一廢棄酸性液體，使該金屬件及該石墨件浸泡於該廢棄酸性液體中；

   (e)該廢棄酸性液體中的氫離子與該金屬件的金屬元素產生自發性反應，並藉其電位差產生電力，而透過一分別電性連結該石墨件與該金屬件之電力輸出組件輸出電力。
7. 如申請專利範圍第6項所述之利用酸液發電之方法，其中該石墨件為 複數時係彼此串聯，以加大該自發性反應之反應電流。
8. 如申請專利範圍第6項所述之利用酸液發電之方法，其中該容置槽為複數時係透過該電力輸出組件彼此串聯，以加大該自發性反應之反應電壓。
9. 如申請專利範圍第6項所述之利用酸液發電之方法，其中該金屬件係為鐵、鋅、鎳、鉻、鋁、或至少兩種材料之組合其中之一者。
10. 如申請專利範圍第6項所述之利用酸液發電之方法，其中該廢棄酸性液體係為廢酸、廢水、或酸雨其中之一者。

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