一种基于化学反应循环的热电池装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于化学反应循环的热电池装置，包括第一反应腔、第二反应腔、位于两个反应腔之间的电解质膜、以及分别设于第一反应腔和第二反应腔第一电极催化剂和第二电极催化剂；反应原料在第一反应腔吸热分解成第一组分和第二组分；第一组分经过第一电极催化剂后变成带电离子，并在化学势差的作用下透过电解质膜进入到第二反应腔内，与第二反应腔内第二组分在第二电极催化剂的催化作用下发生逆分解反应；随着第一组分的移动，使得第一电极催化剂和第二电极催化剂之间产生电势，所述第二组分为单一组分或者多种物质的混合组分。本发明专利技术化学反应循环过程物质守恒，不消耗额外化学能，仅依靠热能对外高效输出电能，清洁高效，无废弃物排放。

A Thermal Battery Device Based on Chemical Reaction Cycle

The invention discloses a thermobattery device based on chemical reaction cycle, which comprises a first reaction chamber, a second reaction chamber, an electrolyte film between two reaction chambers, and a first electrode catalyst and a second electrode catalyst respectively arranged in the first reaction chamber and the second reaction chamber; the reaction raw material is endothermically decomposed into the first component and the second component; the first component passes through. The first electrode catalyst becomes charged ion and enters into the second reaction chamber through electrolyte membrane under the action of chemical potential difference. The second component in the second reaction chamber undergoes reverse decomposition reaction under the catalysis of the second electrode catalyst. With the movement of the first component, the potential between the first electrode catalyst and the second electrode catalyst is generated, and the second component is single. A group of components or a mixture of substances. The chemical reaction cycle process of the invention is material conservation, does not consume additional chemical energy, and only relies on heat energy to output electric energy efficiently, which is clean and efficient, and has no waste discharge.

【技术实现步骤摘要】
一种基于化学反应循环的热电池装置
本专利技术能源
，涉及一种电池技术，尤其涉及一种基于化学反应循环的热电池装置。
技术介绍
随着传统能源消耗量的加剧以及随之而来的环境污染愈发严重，清洁高效的能源利用日益引起世界各国政府和研究机构的重视。电能是能量品位最高且应用最为广泛的二次能源，但传统的热力发电方式装置庞大，效率受卡诺循环限制，且要消耗大量化石能源；通过燃料电池发电同样需要额外消耗二次能源(主要为氢能)，燃料的运输和储存一直是较大问题；太阳能、风能发电受限于外部环境，难以维持电功率稳定输出，不能满足电网输运要求；水能、潮汐能、地热能发电受限于地理位置，仅能在特定地区应用；热电材料发电、压电材料发电、摩擦发电等发电方式发电效率较低，难以满足大规模用电需求。
技术实现思路
鉴于上述技术问题，本专利技术的目的是提供了一种基于化学反应循环的热电池装置，以热能驱动高效发电，降低发电成本。本专利技术解决上述技术问题采用的技术方案是：一种基于化学反应循环的热电池装置，其特征在于：包括第一反应腔、第二反应腔、位于两个反应腔之间的电解质膜、以及分别设于第一反应腔和第二反应腔第一电极催化剂和第二电极催化剂；所述第一反应腔用于发生反应原料的吸热分解反应，反应原料在第一反应腔内吸热分解成第一组分和第二组分；其中第一组分经过第一电极催化剂后变成带电离子，电离子在化学势差的作用下透过电解质膜进入到第二反应腔内，与第二反应腔内的第二组分一起在第二电极催化剂的催化作用下发生逆分解反应，重新生成反应原料；随着第一组分以带电离子形式的移动，使得第一电极催化剂和第二电极催化剂之间产生电势，第一反应腔内的反应原料和第二反应腔内的第二组分称为反应工质对。作为改进，还包括原料循环供给装置和供热装置，所述原料循环供给装置用于将第二反应腔内反应产生的反应原料源源不断的送入第一反应腔内，并将第一反应腔内吸热分解成生成的第二组分源源不断送入到第二反应腔内，使得第一反应腔内分解反应和第二反应腔内逆分解反应均持续进行，所述供热装置用于为第一反应腔提供分解反应所需热量。作为改进，所述第一组分为单质或者化合物，所述第二组分为单质、化合物或者混合物。作为改进，需要传导氧离子时，反应工质对可以为：水和氢气，二氧化碳和一氧化碳；需要传导氢离子时，反应工质对可以为：水和氧气，氨气和氮气，碳氢化合物和一氧化碳，碳氢化合物和二氧化碳；需要传导碳酸根离子时，反应工质对可以为：碳酸盐和所对应的金属单质。作为改进，所述电解质膜根据不同反应工质对所需传导的离子不同而改变：需要传导氧离子时，所述电解质膜材料选自于以下材料中的一种：BaxSr1-xCoyFe1-yO3-δ，其中：0≤x≤1，0≤y≤1，0≤δ≤3；CeO2；ZrO2；Y2O3；La1-xSrxCo1-yFeyO3-δ，其中：0≤x≤1，0≤y≤1，0≤δ≤3；需要传导氢离子时，所述电解质膜材料选自于以下材料中的一种：Nafion膜；Ba3-xKxHx(PO4)2，其中0≤x≤3；SrZr0.95Y0.05O3-x，其中0≤x≤3；需要传导碳酸根离子时，所述电解质膜材料选自于以下材料中的一种：掺杂熔融碳酸盐的La1-xSrxCo1-yFeyO3-d，其中：0≤x≤1，0≤y≤1，0≤δ≤3；掺杂Y2O3和熔融碳酸盐的ZrO2；掺杂Gd2O3和熔融碳酸盐的CeO2。作为改进，所述供热装置为太阳能、核能、地热能、化石能源和工业废热中的任意一种或者几种形式提供热量，所述第一反应腔内反应温度为20℃～2500℃。作为改进，所述化学势差为离子浓度差、分压差或电势差。作为改进，所述热电池装置的第一反应腔和第二反应腔为方形、圆柱形、圆台形、圆锥形、棱柱形、棱台型、棱锥形、圆盘形、圆筒形、圆环形、纺锤形以及螺线管形中任意一种形状。本专利技术有益效果是：从上述技术方案可以看出，本专利技术基于化学反应循环的热电池装置具有以下有益效果：(1)本专利技术化学反应循环过程物质守恒，不消耗额外化学能，仅依靠热能对外高效输出电能；(2)本专利技术发电过程没有叶轮机械运动，没有噪音，且装置形状和大小可以依据需要灵活变化；(3)本专利技术可以和太阳能、地热能等新能源以及核能、化石能源、工业废热相结合，清洁环保，在能源、交通运输、军事、电子器件等方面具有重要意义。附图说明图1为本专利技术一种基于化学反应循环的热电池装置的结构示意图；图2为以水和氢气为工质对时的装置热能发电效率示意图。附图说明：1-第一反应腔，2-第二反应腔，3-电解质膜，4-第一电极催化剂，5-第二电极催化剂。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。如图1所示，本专利技术提供一种基于化学反应循环的热电池装置，包括第一反应腔1、第二反应腔2、电解质膜3、第一电极催化剂4和第二电极催化剂5，电解质膜3位于第一反应腔1和第二反应腔2之间，第一电极催化剂4设于第一反应腔1内，第二电极催化剂5设于第二反应腔2内，并且第一电极催化剂4和第二电极催化剂5分别紧密贴合在电解质膜3两侧；所述第一反应腔1用于发生反应原料的吸热分解反应，反应原料在第一反应腔1内吸热分解成第一组分和第二组分；其中第一组分经过第一电极催化剂4后变成带电离子，电离子在化学势差的作用下透过电解质膜3进入到第二反应腔2内，与第二反应腔2内的第二组分一起在第二电极催化剂5的催化作用下发生逆分解反应，重新生成反应原料；随着第一组分以带电离子形式的移动，使得第一电极催化剂4和第二电极催化剂5之间产生电势，第一反应腔1内的反应原料和第二反应腔2内的第二组分称为反应工质对。还包括原料循环供给装置和供热装置，所述原料循环供给装置用于将第二反应腔2内反应产生的反应原料源源不断的送入第一反应腔1内，并将第一反应腔1内吸热分解成生成的第二组分源源不断送入到第二反应腔2内，使得第一反应腔1内分解反应和第二反应腔2内逆分解反应均持续进行，所述供热装置用于为第一反应腔1提供分解反应所需热量。本实施例中，所述供热装置为太阳能、核能、地热能、化石能源和工业废热中的任意一种或者几种形式提供热量，所述第一反应腔1内反应温度为20℃～2500℃。需要指出的是虽然水分解和CO2分解温度都远高于2500℃，但是在低于2500℃时也有一个分解平衡，当不断抽出分解产物时，总体分解转化率可以达到很高，当然本专利技术热解反应也可以在2500℃-4000℃温度下进行，只是受限于第一反应腔1材料制备，一般选择20℃～2500℃。本实施例中，所述化学势差为离子浓度差、分压差或电势差。本实施例中，所述热电池装置的第一反应腔1和第二反应腔2为方形、圆柱形、圆台形、圆锥形、棱柱形、棱台型、棱锥形、圆盘形、圆筒形、圆环形、纺锤形以及螺线管形中任意一种形状。一、第一实施例本专利技术一种基于化学反应循环的热电池装置以水蒸气和氢气为工质对，水蒸气为反应原料，氧气为第一组分，氢气为第二组分，在第一反应腔1内通入水蒸气，在第二反应腔2通入氢气，两者逆向流动，电解质膜3为可以导通氧离子的高温固态氧化物，如BaxSr1-xCoyFe1-yO3-δ，其中：0≤x≤1，0≤y≤1，0≤δ≤3；CeO2；ZrO2；La1-xSrxCo1-yFeyO3-δ，其中：0≤x≤1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于化学反应循环的热电池装置，其特征在于：包括第一反应腔、第二反应腔、位于两个反应腔之间的电解质膜、以及分别设于第一反应腔和第二反应腔第一电极催化剂和第二电极催化剂；所述第一反应腔用于发生反应原料的吸热分解反应，反应原料在第一反应腔内吸热分解成第一组分和第二组分；其中第一组分经过第一电极催化剂后变成带电离子，电离子在化学势差的作用下透过电解质膜进入到第二反应腔内，与第二反应腔内的第二组分一起在第二电极催化剂的催化作用下发生逆分解反应，重新生成反应原料；随着第一组分以带电离子形式的移动，使得第一电极催化剂和第二电极催化剂之间产生电势，第一反应腔内的反应原料和第二反应腔内的第二组分称为反应工质对。

【技术特征摘要】
1.一种基于化学反应循环的热电池装置，其特征在于：包括第一反应腔、第二反应腔、位于两个反应腔之间的电解质膜、以及分别设于第一反应腔和第二反应腔第一电极催化剂和第二电极催化剂；所述第一反应腔用于发生反应原料的吸热分解反应，反应原料在第一反应腔内吸热分解成第一组分和第二组分；其中第一组分经过第一电极催化剂后变成带电离子，电离子在化学势差的作用下透过电解质膜进入到第二反应腔内，与第二反应腔内的第二组分一起在第二电极催化剂的催化作用下发生逆分解反应，重新生成反应原料；随着第一组分以带电离子形式的移动，使得第一电极催化剂和第二电极催化剂之间产生电势，第一反应腔内的反应原料和第二反应腔内的第二组分称为反应工质对。2.如权利要求1所述的热电池装置，其特征在于：还包括原料循环供给装置和供热装置，所述原料循环供给装置用于将第二反应腔内反应产生的反应原料源源不断的送入第一反应腔内，并将第一反应腔内吸热分解成生成的第二组分源源不断送入到第二反应腔内，使得第一反应腔内分解反应和第二反应腔内逆分解反应均持续进行，所述供热装置用于为第一反应腔提供分解反应所需热量。3.如权利要求2所述的热电池装置，其特征在于：所述第一组分为单质或者化合物，所述第二组分为单质、化合物或者混合物。4.如权利要求3所述的热电池装置，其特征在于：需要传导氧离子时，反应工质对可以为：水和氢气，二氧化碳和一氧化碳；需要传导氢离子时，反应工质对可以为：水和氧气，氨气和氮气，碳氢化合物和一氧化碳，碳氢化合物和二氧化碳；需要传导碳酸根离...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡雪蛟，王宏圣，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42