[发明专利]等温电子利用环境热能更新能量发电

说明书

在发现通过液‑膜界面本地化静电定位的质子,可以等温地利用环境热能来驱动三磷酸腺苷(ATP)合成而作有用工的启发下，本发明公开了一种创新的利用等温电子发电的能量更新系统方法，包括其制作和使用不对称功能门控电子等温地利用环境热能产生电力的系统，该系统包括至少一对低功函数热电子发射器和高功函数电子收集器，跨越安装在装有电导体支架的容器中的屏障空间，以等温电子利用环境热能实现能量回收和转化成电能的功用,其中至少包括以下之一的功用方式：a)利用环境热能进行能量更新,使环境中完全消散的余热热能转化成一种有用的能量，以产生电能来作有用功；b)通过等温电子从冰箱内部提取环境热能，在产生等温电子电力的同时，为新型冰箱提供新颖的冷却功能。

相互参照相关专利申请

这项专利申请要求受益于在2018年1月5日提交的美国临时申请编号62/613,912。本申请还要求受益于在2019年1月1日提交的美国专利申请编号16/237,681，后者是于2016年7月5日提交的美国专利申请编号15/202,214的部分后续申请，也受益于在2018年1月5日提交的美国临时申请编号62/613,912。这些专利申请的全部披露纳入本专利申请的参考。

技术领域

本发明涉及一系列创建和使用不对称功能门控电子等温地利用环境热能发电作功的系统方法。

背景技术

在理解质子耦合生物能学,对彼得·米切尔曾经获得诺贝尔奖的化学渗透理论的研究中,新创建的本地化质子静电学假设(文献:Lee 2012 Bioenergetics 1:104；doi:10.4172/2167-7662.1000104；Lee 2015 Bioenergetics 4:121.doi:10.4172/2167-7662.1000121)形成了以下新的质子原动力(pmf(Δp))方程公式，可能代表生物能学领域的重大突破：

其中Δψ是跨膜的电势差；R是气体常数；T是绝对温度，以开尔文(K)为单位；F是法拉第常数；pH_nB是细胞质(负n侧)本体液相的pH值；是周质的(正p侧)液相中的质子浓度，例如在嗜碱细菌的情况下；C/S是膜比电容(每单位表面积的膜电容),l是本地化质子层的厚度；K_Pi是质子阳离子(Mⁱ⁺_pB)交换本地化质子的平衡常数；是液体培养基中非质子阳离子的浓度(参考文献:Lee 2015 Bioenergetics 4:121.doi:10.4172/2167-7662.1000121)。

质子静电本地化定位假说的核心概念是基于这样的前提，即与生物有关的水体(例如细菌中的水)可以类似于静电学中的电导体的方式,用作质子导体。这与众所周知的质子可以通过“跳跃和转弯”机制在水分子之间快速转移的认识相一致。从电荷易位的观点，注意到羟基阴离子在质子传导的相反方向上转移。这种理解表明，与生物相关的水体中过量的自由质子的行为就像是理想导体中的电子。对于处于静态平衡状态的带电导体，众所周知，所有多余的电子都位于导电体的表面。这是可以预料的，因为电子彼此排斥，并且自由移动，它们将扩散到表面。同样，可以合理地预期与生物相关的水体中的游离过量质子(或相反地，过量的羟基阴离子)会移动到其表面。这种观点适用于细胞质中过量的游离羟基阴离子(通过呼吸氧化还原驱动的电子传输耦合的质子泵将质子穿过细胞质膜转移到细胞外的液体介质中而产生)，例如在嗜碱细菌的情况下,它们将沿着水被静电本地化定位在细胞膜负(n)侧的膜-水(细胞质)界面。此外，它们的负电荷(OH^–)将吸引细胞外部的带正电荷的质子(H⁺)到周质正(p)侧的膜-水界面。