[发明专利]一种电容式浓差发电技术

摘要

一种电容式浓差发电技术，其属于电容器应用和浓差能利用领域。电化学电容器一般由正负电极、隔膜、集流体和电解质组成。正负电极材料包含依靠高比表面积吸附离子的吸附电极以及依靠氧化还原反应储存离子的反应电极等；电解质包含高浓盐水与低浓盐水、海水与淡水、高浓CO2与低浓CO2等浓度不同的多股流体。电容器通过“充电‑开路‑放电‑开路”四步骤实现类似于卡诺循环的能量循环，把电解质中的浓差能转变成电能。与压力渗透和反电渗析等浓差能利用技术相比，本技术成本低，装置简单，能量效率高，应用范围广。

主权项

1.一种杂化型电容式浓差发电方法，其特在于：电容器由集流体、正电极、隔膜和负电极组成；集流体选用导电石墨纸；隔膜为一层无纺布；电解质是氯化钠水溶液，浓度分别为1 g/L稀盐水和和30 g/L的浓盐水；正电极材料选用锰钠氧化物Na4Mn9O18；负电极材料选用YP50活性炭，比表面积为1600 m2/g；正电极材料Na4Mn9O18由高温固相法制备得到，MnO2与Na2CO3按照摩尔比4:1的比例球磨混合3 h，混合物在空气中800℃煅烧10 h，即可得到粉末状固体锰钠氧化物；锰钠氧化物Na4Mn9O18与导电炭黑、粘结剂按质量比75:15:10在球磨机中混合，溶剂选用N,N‑二甲基乙酰胺（DMAC）；混合均匀后，用涂膜器把浆料涂到石墨纸上，再放入80 ℃烘箱中干燥，除去溶剂；然后将干燥后的电极材料裁成5 * 6 cm2 长方形薄片，作为电容器的正电极；YP50活性炭材料与导电炭黑、粘结剂按质量比75:15:10在球磨机中混合，溶剂选用N,N‑二甲基乙酰胺；混合均匀后，用涂膜器把浆料涂到石墨纸上，再放入80 ℃烘箱中干燥，除去溶剂；然后将干燥后的电极材料裁成5 * 6 cm2 长方形薄片，作为电容器的负电极；电容器模块垂直放置于桌面上，底部有一进水口，斜对角上有一出水口；电容器与恒流源组成一个电路；通过以下四个循环步骤，实现将浓度差能转化为电能：S1、 1 g/L NaCl溶液由蠕动泵驱动流入杂化电容器，恒流源对电容器充电300 s，反应电极侧钠离子发生脱嵌，吸附电极侧氯离子发生脱附，电极上电量增加，电容器电极两端电压升高；S2、 转换位于蠕动泵前三通阀的方向，通30 g/L NaCl溶液，同时恒流源停止充电，电路开路50 s，电极上电量不变，反应电极电势增加，吸附电极电势减小，电容器电极两端电压骤升；S3、 继续通浓盐水，电容器放电300 s，反应电极侧钠离子发生嵌入，吸附电极侧氯离子发生吸附，电极上电量减小，电容器电极两端电压降低；S4、 三通阀换向，转通稀盐水，同时停止放电，电路开路50 s，电极上电量不变，反应电极电势减小，吸附电极电势增加，电容器电极两端电压骤降。