[发明专利]一种浓差电池

说明书

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。

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E^θ（电池）=E^θ（正极）－E^θ（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E^θ（正极）=E^θ（负极），所以有E^θ（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。