一种温差能化学电池制造技术

一种温差能化学电池，其两组电极板分别浸泡在两个以盐桥连接的装有lioh电解液的池子中，当使两个池子内的电解液温度不同时，两极板之间产生温度差，从而产生温差电效应，发出电能。同时还在两极产生H2和O2，能用于氢燃料电池再次发电。如采用食盐水做为电解液，还可获得NaOH以及H2、O2和CL2，NaOH不但是用途广泛的化工产品，也能吸收燃煤电厂产生的CO2、SO2等有害气体，用于碳捕捉，并获得副产品Na2CO3，两者均有较高经济效益。也可用于电解某些金属盐溶液提取相应金属。其可供利用的温差能资源很广泛，包括海洋温差能、热电厂余热和农作物秸秆焚烧的生物质能等。也可替代热电厂机组。适用范围广尤其适合沿海和南海岛礁地区使用。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及新能源领域，是一种利用温差能发电的化学电池发电装置。
技术介绍
能源危机，传统能源对环境污染严重，而新能源大多数属于间歇性能源，有很多弱点，而温差能在大自然中广泛存在，尤其是海洋温差能更是资源量极大，用之不竭。另外每年的农作物秸杆焚烧都带来非常大的空气污染，却又没有非常有效的利用手段。以及燃煤电厂和核电厂热能转换电能的转换率和余热利用率均较低，尤其是在夏天，热电厂的余热几乎完全被浪费，且这些余热要占到热电厂总热能的60%左右，是极大的能源浪费。还有工业上电解水制取氢气和氧气以及使用电解法提取金属时耗电量都非常大，成本较高。
技术实现思路
针对上述存在的问题，本技术提供一种温差能化学电池。根据赛贝克效应原理，在两种导体组成的回路中，如果使两个接触点的温度不同，则在回路中将出现电流，称为热电流，相应的电动势称为热电势。本技术将液态的电解液和固态的导电体做为组成温差电池的两种导体，其接触面的接触方式为固体导电体浸泡放置于液态电解液中，固体导电体的一极置于热端，一极置于冷端，从而构成的一种温差能化学电池。该电池由热池，冷池，热池换热器，冷池换热器，热池温差电池片，冷池温差电池片，热水管，冷水管，热源池，冷源池，热池离子交换膜，冷池离子交换膜，Z字形盐桥，热池对流隔板，冷池对流隔板组成。热池和冷池内使用氢氧化锂水溶液做为电解液。热池和冷池之间用Z字型盐桥连接，Z字形盐桥在热池端的开口处设置有热池端盖，在冷池端的开口处设置有冷池端盖。Z字形盐桥顶部设置有添加电解液的添液口，用于添加电解液，防止Z字形盐桥内电解液浓度降低时导致导电能力下降。热池内设置有热池换热器、热池温差电池片、热池离子交换膜、热池对流隔板。冷池内放置有冷池换热器、冷池温差电池片、冷池离子交换膜、冷池对流隔板。其中，热池换热器内部设置有直通型的热池换热器内通道，冷池换热器内部设置有直通型的冷池换热器内通道。热池温差电池片和冷池温差电池片采用石墨材料制成，能够导电、导热且能够防止被电解液腐蚀。热池温差电池片内部设有镀铝而成的热池温差电池片内铝片，冷池温差电池片内部设有镀铝而成的冷池温差电池片内铝片，两个内铝片之间有导线连接。根据赛贝克效应，在两种导体组成的回路中，如果使两个接触点的温度不同，则在回路中将出现电流，称为热电流，相应的电动势称为热电势。当电池工作时，打开热池端盖与冷池端盖，使热池与冷池中的电解液相通，并切断热池温差电池片内铝片与冷池温差电池片内铝片之间的连接。然后水泵将热源池内的热水不断抽入热池内的热池换热器中，对热池内的电解液升温，将冷源池内的冷水不断抽入冷池内的冷池换热器中，对冷池内的电解液降温，这时热池内的电解液和冷池内的电解液就会存在一定的温度差，所以就会在热池温差电池片和冷池温差电池片之间产生电动势和电流。因为温差电池片采用的是惰性导电体材料石墨，是一种导体，而电解液也是一种导体，温差电池片浸泡在电解液中，如同两种导体接触在一起。热池和冷池内的电解液通过Z字形盐桥相连接，当热池和冷池内的电解液出现温度差，那么就会使浸泡在电解液中的热池温差电池片和冷池温差电池片之间产生电动势和电流，其中，热池温差电池片带正电，冷池温差电池片带负电。另外当热池温差电池片与冷池温差电池片之间用导线连接或接有负载而导通形成回路时，由于电池的电解液是氢氧化锂水溶液，还会在热池温差电池片和冷池温差电池片之间产生电流的同时出现水电解现象。只是这时正极的热池温差电池片表面会产生氢气，而做为负极的冷池温差电池片表面会产生氧气，同时热池内的氢氧化锂浓度会增加，而冷池内的氢氧化锂浓度会降低，并且水也会因为被分解为氢气和氧气而减少，所以需要不断补充水。由于氢氧化锂的溶解度随温度变化不大，而且热池内的氢氧化锂浓度不断上升而基本处于饱和状态，所以多出来的氢氧化锂会不断在热池底部结晶析出，而冷池中的氢氧化锂会浓度降低，这就需要将析出的氢氧化锂抽出回补到冷池中即可。当然氢氧化锂结晶析出时会吸收热量，溶解时会放出热量。所以该电池在发电的同时还能够获得氢气、氧气等副产品，只是外接负载时会影响到水电解的效率，需要选择适当电阻的外接负载。热池中的热池离子交换膜和和冷池中的冷池离子交换膜只允许阳离子(锂离子和氢离子)通过，而阴离子(氢氧根离子)和气体不能通过，这样能够防止正极产生的氢气与负极产生的氧气混合而发生爆炸。为了防止氢氧化锂在换热器和温差电池片上结晶而阻碍热传递，所以在热池中设置热池对流隔板，在冷池中设置冷池对流隔板，利用电解液热升冷降的特点，使之在热池和冷池中在对流隔板两侧产生左升右降的对流循环，另外加设水泵以提高对流的流速，从而不断冲刷换热器和温差电池片的表面，使氢氧化锂不能在其表面上结晶。而且由于冲刷过来的电解液相对温度会高一些，则溶解度也会提高，再把添加的水也补充到其中，从而使得换热器和温差电池片的表面不能出现结晶，避免了结晶体阻碍传热和导电。当关闭热池端盖和冷池端盖阻断热池与冷池之间的Z字形盐桥，使热池与冷池之间的电解液不相通，并将热池温差电池片内铝片与冷池温差电池片内铝片之间的导线连接，然后使热池与冷池中的电解液出现温度差，这时，热池温差电池片和冷池温差电池片之间就会因为温差电效应产生温差电动势和电流。这样就可以只使用热池温差电池片和冷池温差电池片来发电，而不需要电解液参与化学反应，而只需要电解液提供温差。由于两个池子互不连通，所以热能不会因为两个池子之间的热传导而损失，总体热能转换电能的效率高，如果不考虑其它影响热能损失的因素，其热电转换效率甚至可以接近100%，两个池子就好比蓄能池一样，只是由于目前的热电转换材料输出功率非常低，不如打开Z字形盐桥时的温差电池的输出功率高，两个池子的热能完全转换成电能需要很漫长的时间。由于温差电池片需要的数量非常大，尺寸也非常大，而采用某些半导体材料做为热电转换材料，制造技术非常难，而半导体热电材料又都是稀有昂贵的材料，所以本技术使用铝做为另一种导体与石墨构成温差电池。采用的方法是:每个温差电池片由两片石墨片组成，把两片石墨片的外层表面和内层表面做成多坑糙面，在石墨片的内层糙面上电镀铝膜而形成内铝片。之后将两块这样的镀有铝膜的石墨片合为一个温差电池片，使有铝膜的内层相互接触，铝膜则成为温差电池片的内铝片，并密封于两片石墨片的内部，石墨片的外表面为多坑糙面以增大温差电池片与电解液的接触面积。期待研制出新的输出功率高的热电转换材料，其前景广阔。当采用硫酸铜水溶液做为电解液，热池温差电池片和冷池温差电池片均采用铜做为电极时，电池工作时则会在热池温差电池片析出铜，而冷池温差电池片上的铜则会被腐蚀而生成硫酸铜并溶解于电解液中，且不会在两极产生氢气和氧气。当负极的铜减少到一定程度时，就需要调换热池和冷池的进水，使原来的热池变为冷池，而冷池则变为热池。所以，此方法可以用于工业电解铜或电解铝等，以及从其它金属矿物的电解液中提取相应的金属，只要控制好热池和冷池的温度差，或者调整好电池外电路的输出电压和电流即可。尤其是利用热电厂的温度非常高的余热做为热源时，效率会非常高。另外，根据珀耳帖效应原理，帕尔贴效应是塞贝克效应的逆效应，当有电流通过不同的导体组成的回路时，除产生不可逆的焦耳热外，在不同导体的接头处随着电流方向本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种温差能化学电池，  该电池由热池（1），冷池（2），热池换热器（3），冷池换热器（4），热池温差电池片（5），冷池温差电池片（6），热水管（7），冷水管（8），热源池（9），冷源池（10），热池离子交换膜（11），冷池离子交换膜（12），Z字形盐桥（18），热池对流隔板（19），冷池对流隔板（20）组成，热池（1）和冷池（2）内使用氢氧化锂水溶液做为电解液，热池（1）和冷池（2）之间用Z字型盐桥（18）连接， Z字形盐桥（18）在热池（1）端的开口设置有热池端盖（15），在冷池（2）端的开口设置有冷池端盖（16），Z字形盐桥（18）顶部设置有添加电解液的添液口（17）用于添加电解液，防止Z字形盐桥（18）内电解液减少而使导电能力下降，热池（1）内设置有热池换热器（3）、热池温差电池片（5）、热池离子交换膜（11）、热池对流隔板（19），冷池（2）内放置有冷池换热器（4）、冷池温差电池片（6）、冷池离子交换膜（12）、冷池对流隔板（20），其中，热池换热器（3）内部设置有直通型的热池换热器内通道（13），冷池换热器（4）内部设置有直通型的冷池换热器内通道（14），热池温差电池片（5）和冷池温差电池片（6）为石墨材料制成，既能导热也能导电，还能防止被电解液腐蚀，热池温差电池片（5）内部设有热池温差电池片内铝片（21），冷池温差电池片（6）内部设有冷池温差电池片内铝片（22），两个内铝片之间有导线将两者连接在一起，其特征在于：当电池工作时，打开Z字形盐桥（18）在热池端开口的热池端盖（15）和在冷池端开口的冷池端盖（16），使热池（1）与冷池（2）的电解液通过Z字形盐桥（18）连通起来，并断开热池温差电池片内铝片（21）与冷池温差电池片内铝片（22）之间的连接，然后，水泵将热源池（9）内的热水通过热水管（7）不断抽入到热池（1）内的热池换热器（3）的热池换热器内通道（13）中，对热池（1）内的电解液升温，将冷源池（10）内的冷水通过冷水管（8）不断抽入到冷池（2）内的冷池换热器（4）的冷池换热器内通道（14）中，对冷池（2）内的电解液降温，这时热池（1）内的电解液和冷池（2）内的电解液就会存在一定的温度差，就会因为赛贝克效应而在热池温差电池片（5）和冷池温差电池片（6）之间产生电动势和电流，由于电池的电解液是氢氧化锂水溶液，这样还会在热池温差电池片（5）和冷池温差电池片（6）之间产生电流的同时出现电解水现象，只是这时正极的热池温差电池片（5）会产生氢气，而做为负极的冷池温差电池片（6）会产生氧气，同时热池（1）内的氢氧化锂浓度会增加，而冷池（2）内的氢氧化锂浓度会降低，并且水也会因为被分解为氢气和氧气而减少，所以需要不断补充水，由于氢氧化锂的溶解度随温度变化不大，而且热池（1）内的氢氧化锂浓度不断上升而基本处于饱和状态，所以多出来的氢氧化锂会不断在池底结晶析出，而冷池（2）中的氢氧化锂会浓度降低，这就需要将热池（1）析出的氢氧化锂抽出回补到冷池（2）中，所以该电池在发电的同时还能够获得副产品氢气、氧气，而热池（1）和冷池（2）中的热池离子交换膜（11）和冷池离子交换膜（12）只允许阳离子通过，而阴离子和气体不能通过，这样能够防止正极产生的氢气与负极产生的氧气混合而发生爆炸，而为了防止氢氧化锂在换热器和温差电池片上结晶而阻碍热传递和发电，所以在热池（1）中设置热池对流隔板（19），在冷池（2）中设置冷池对流隔板（20），利用电解液热升冷降的特点，使之在热池（1）和冷池（2）中在对流隔板（19）、（20）两侧产生左升右降的对流循环，从而使电解液不断冲刷换热器和温差电池片的表面，使氢氧化锂不能在其表面上结晶，而且由于冲刷过来的电解液相对温度会提高，则溶解度也会提高，再把添加的水也补充到其中，并加设水泵以提高电解液对流的流速，从而使得换热器和温差电池片的表面不能出现结晶，避免了结晶体阻碍传热和导电，当关闭热池端盖（15）和冷池端盖（16），使热池（1）、冷池（2）与Z字形盐桥（18）之间的电解液不相通，并将热池温差电池片内铝片（21）与冷池温差电池片内铝片（22）之间的导线连接闭合，在热池（1）与冷池（2）中的电解液出现温度差时，热池温差电池片（5）和冷池温差电池片（6）之间就会因为温差电效应产生温差电动势和电流，就可以只使用热池温差电池片（5）和冷池温差电池片（6）来发电，而不需要电解液参与化学反应，只需要电解液提供温差即可，由于单组电池片的输出电压较低，所以采用在热池和冷池内放置很多电池片组成很多个温差电池，并把这些温差电池串联起来的方法，以获得较高的电压输出，然后使用逆变器将输出的直流电转化为高压的交流电并入电网。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李效雨，
申请(专利权)人：李效雨，
类型：新型
国别省市：辽宁;21