能量转换装置和能量转换方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种能量转换装置和能量转换方法。与传统的光电转换技术不同，本发明专利技术的装置或方法是一种新型能量转换替代方案。在相同条件下，本发明专利技术的能量转换装置和方法具有提高的光能转化的效率，并且使用简便、省时、成本低。

Energy conversion device and energy conversion method

The invention discloses an energy conversion device and an energy conversion method. Different from the traditional photoelectric conversion technology, the device or method of the present invention is a novel energy conversion alternative. Under the same conditions, the energy conversion device and method of the present invention have the advantages of improving the efficiency of light energy conversion, simple use, time saving and low cost.

【技术实现步骤摘要】
能量转换装置和能量转换方法
本专利技术涉及一种太阳能能量转换装置和能量转换方法。
技术介绍
社会的发展对于能源的需求越来越大。大量使用传统的化石能源面临着能源的枯竭问题，并产生了严重的环境问题。面对困境，人们更希望使用低碳、环保和无污染的可再生能源。光能通常是指以电磁波形式向外传递的太阳辐射能量。光能蕴含的能量是极其巨大的。太阳向外释放能量的功率达到了3.87×1026W。对光能的一种利用形式为光电池。按照制作材料分类，光电池可分为硅基半导体电池、CdTe薄膜电池、CIGS薄膜电池、染料敏化薄膜电池、有机材料电池等。其中硅电池又分为单晶电池、多晶电池和无定形硅薄膜电池等。这些光电池的基本构造是运用P型与N型半导体接合而成的。其利用P型半导体中的空穴，与N型半导体中的自由电子所形成的电位差来产生电流，所以当太阳光照射时，光能将硅原子中的电子激发出来，而产生电子和空穴的对流，这些电子和空穴均会受到内建电位的影响，分别被N型及P型半导体吸引，而聚集在两端。此时外部如果用电极连接起来，形成一个光电池回路。随着环境保护要求的日益严格，开发新清洁能源的需求不断提高，目前仍然需要具有高转换率的光电转换技术。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术发现通过在太阳能转换装置的正负极之间设置不同浓度的盐溶液可进一步提高太阳能转换的效率，至少基于此发现完成了本专利技术。具体地，本专利技术包括以下内容。本专利技术的一方面，提供一种能量转换装置，其包括正极、负极、阳离子交换膜、盐溶液A、盐溶液B和容器，其中：所述容器包括两个腔室和设置于所述两个腔室之间的阳离子交换膜，所述两个腔室分别用于容纳所述盐溶液A和所述盐溶液B，并通过所述阳离子交换膜将所述盐溶液A和所述盐溶液B分开；所述正极与所述盐溶液A接触，所述负极与所述盐溶液B接触，且所述盐溶液A的浓度小于所述盐溶液B的浓度；和所述容器的至少一部分透明，从而使光透过所述容器到达所述负极。根据本专利技术的能量转换装置，优选地，所述正极为铂电极，且所述负极为TiO2电极。根据本专利技术的能量转换装置，优选地，所述负极为在碳基片上包覆TiO2层的电极。根据本专利技术的能量转换装置，优选地，所述TiO2层为锐钛矿型。根据本专利技术的能量转换装置，优选地，所述盐溶液A和盐溶液B分别独立地选自硫酸盐、亚硫酸盐、盐酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐和碳酸盐组成的组的盐的溶液。根据本专利技术的能量转换装置，优选地，所述盐溶液A和盐溶液B分别为硫酸盐。根据本专利技术的能量转换装置，优选地，所述盐溶液A和B的浓度分别为0.5mmol/L～1500mmol/L。根据本专利技术的能量转换装置，优选地，所述阳离子交换膜为全氟磺酸聚合物膜。本专利技术的另一方面，提供一种能量转换方法，其使用根据本专利技术所述的装置进行能量转换。本专利技术的再一方面，提供一种能量转换方法，其使太阳能转换装置的正极与盐溶液A接触，使太阳能转换装置负极与盐溶液B接触，且所述盐溶液A的浓度小于所述盐溶液B的浓度，其中所述正极为铂电极，所述负极为TiO2电极。本专利技术的能量转换装置和方法区别于传统的光电转换技术，是一种新型能量转换替代方案。在相同条件下，本专利技术的能量转换装置和方法具有提高的光能转化的效率，并且使用简便、省时、成本低。附图说明图1为本专利技术的一种示例性能量转换装置的示意图。图2为未经TiO2粉末处理的负极基体(碳纸)的环境扫描电镜图。图3为本专利技术一种示例性负极的环境扫描电镜图。图4为本专利技术一种示例性TiO2电极的X射线衍射图。图5为本专利技术的能量转换装置在光照时在不同浓度Na2SO4溶液(两个电化学池中Na2SO4的浓度相等，则视为无盐差能)中的电流-电压(I-V)曲线图。图6为本专利技术的能量转换装置在无盐差和1000倍盐差下的电流-电压(I-V)曲线图。附图标记说明如下：1为负极，2为阳离子交换膜，3为正极。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步的说明，但本专利技术的保护范围并不限于此。本专利技术中浓度单位“mol/L”有时也称作“M”；同样地，“mmol/L”有时也称作“mM”，两者均表示每升溶液中物质的摩尔数或毫摩尔数。本专利技术的能量转换是指光电转换或转化。本专利技术包括能量转换装置和能量转换方法。下面进行详细说明。<能量转换装置>本专利技术的能量转换装置，有时也称作能量转化装置或光伏装置，或简称为本专利技术的装置，是指能够将太阳能(或光能，例如UV光)转换为电能的装置。本专利技术的能量转换装置包括正极、负极、阳离子交换膜、盐溶液A、盐溶液B和容器。本专利技术的容器包括两个腔室和设置于所述两个腔室之间的阳离子交换膜。腔室是用于容纳盐溶液A或盐溶液B的空间。两个腔室之间由阳离子交换膜间隔。阳离子交换膜对阳离子具有选择性，能够选择性允许阳离子通过膜。本专利技术的阳离子交换膜的实例包括但不限于全氟磺酸聚合物膜。例如，全氟磺酸聚四氟乙烯。阳离子交换膜的大小及厚度等不特别限定，可根据需要而变化。容器的形状和大小不特别限定，可根据实际需求而调整，但是容器的至少一部分需要是透明的，能够使光(特别是紫外光、可见光)透过容器到达所述负极。容器的材料也不特别限定，只要能够对于盐溶液A和盐溶液B为惰性，且电惰性即可。容器材料的实例包括玻璃、硬塑料等。在某些实施方案中，本专利技术的容器中用于容纳盐溶液B的腔室(即，对应于负极腔室)的部分为透明，用于容纳盐溶液A的腔室(即，对应于正极腔室)的部分为非透明的。本专利技术的正极由惰性材料制成，惰性材料是指不参与电极反应和溶液反应的材料。优选地，本专利技术的正极为铂电极，其包括仅由铂金属制成的电极，以及在基体上包覆铂金属层得到的电极，基体可为任意其他材料。正极的形状不特别限定，可为本领域内通常的形状。在某些实施方案中，正极为铂金属片。本专利技术的负极为能够发生光反应但不参与溶液反应的半导体电极。优选地，本专利技术的负极为二氧化钛(TiO2)电极。作为二氧化钛电极的实例包括但不限于在基体上包覆二氧化钛层得到的电极。基体的材料不特别限定，只要是能够导电的材料即可。基体材料的实例包括导电玻璃、钛金属、碳等。本专利技术的基体材料优选为碳材料。这是因为碳能够与二氧化钛组合更有利于电子激发，同时不会削弱导电性。包覆是指二氧化钛层覆盖基体的至少一部分。优选地，基体的至少一部分未包覆二氧化钛。包覆可通过本领域内的任何方式进行。其实例包括但不限于溶胶-凝胶法(Sol-gel)、物理气相沉积法(PVD)、化学气相沉积法(CVD)、电化学法、外延沉积法、激光沉积法、阳极氧化法等。本专利技术中二氧化钛层中二氧化钛类型优选为锐钛矿型。在某些实施方案中，可对本专利技术的二氧化钛进行量子点敏化。负极的形状不特别限定，可为本领域内通常的形状。在某些实施方案中，负极为片状，如碳纸状。本专利技术的盐溶液A和盐溶液B(在不区分两者的情况下，本专利技术有时统称作“本专利技术的盐溶液”)是指电解质在极性溶剂中形成的含离子化合物且能够导电的溶液。电解质的实例包括但不限于硫酸盐、盐酸盐、硝酸盐、亚硝酸盐和碳酸盐，以及钾、钠等碱金属的盐，钙、镁等碱土金属的盐，铜盐等。本专利技术的电解质的优选为钾的硫酸盐或钠的硫酸盐。盐溶液A和盐溶液B可选自含有上述电解质中的一种或多种的溶液，并且盐溶液A和盐溶液B可以相同或不同；优选为二者含有相同的电解质。本专利技术的盐溶液的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种能量转换装置，其特征在于，包括正极、负极、阳离子交换膜、盐溶液A、盐溶液B和容器，其中：所述容器包括两个腔室和设置于所述两个腔室之间的阳离子交换膜，所述两个腔室分别用于容纳所述盐溶液A和所述盐溶液B，并通过所述阳离子交换膜将所述盐溶液A和所述盐溶液B分开；所述正极与所述盐溶液A接触，所述负极与所述盐溶液B接触，且所述盐溶液A的浓度小于所述盐溶液B的浓度；和所述容器的至少一部分透明，从而使光透过所述容器到达所述负极。

【技术特征摘要】
1.一种能量转换装置，其特征在于，包括正极、负极、阳离子交换膜、盐溶液A、盐溶液B和容器，其中：所述容器包括两个腔室和设置于所述两个腔室之间的阳离子交换膜，所述两个腔室分别用于容纳所述盐溶液A和所述盐溶液B，并通过所述阳离子交换膜将所述盐溶液A和所述盐溶液B分开；所述正极与所述盐溶液A接触，所述负极与所述盐溶液B接触，且所述盐溶液A的浓度小于所述盐溶液B的浓度；和所述容器的至少一部分透明，从而使光透过所述容器到达所述负极。2.根据权利要求1所述的能量转换装置，其特征在于，所述正极为铂电极，且所述负极为TiO2电极。3.根据权利要求1所述的能量转换装置，其特征在于，所述负极为在碳基片上包覆TiO2层的电极。4.根据权利要求3所述的能量转换装置，其特征在于，所述TiO2层为锐钛矿型。5.根据权利要求1所述的能量...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘兆阅，任慧慧，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11