用于产生负载中电流形式的电能的设备与相关方法。所述方法使用具有不同离子浓度的两个溶液作为能源。所述设备包括至少两个电极，所述电极至少部分地浸没在包含在电池中的液体内。该方法包括多个阶段。在这些阶段中，在一个阶段中将电极与第一溶液相接触；在一个阶段中它们被充电；在一个阶段中它们与第二溶液相接触；在一个阶段中，使累积电荷中的至少一部分在负载中流动。提供给负载的能量大于用于给电极充电的能量。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及。这样的设备可被用于，例如，通过利用在来自河流或湖的淡水与来自海洋的盐水之间的盐度差或在来自海洋的盐水与蒸发塘获得的高盐浓度水之间的盐度差来产生电流。对利用盐度差、盐度梯度的兴趣，可回溯到上世纪七十年代，兴趣在于这个能源是大范围可用的、价廉的、无污染的且可再生的这样的事实。已经发展出来的主要方法被称为“压力延缓渗透”(PRO)、“反向电渗析”(RED)和 “蒸汽压” (VP)。这三种方法在lm3/S的淡水流速下可达到MW级的发电。PRO设备基于半透膜，半透膜将淡水从盐水中分离。渗透压约为Matm，对应于约 250m的液压压头。可使用所产生的渗透流来驱动并发动涡轮，该涡轮进而驱动交流发电机或发电机。这种设备的问题在于其需要大量的具有高渗透性且能耐高压的半透膜。这样膜是比较贵的，且由于污垢其性能快速下降。还有RED设备也基于膜。在这个情况中，它们是选择性膜，该选择性膜能渗透正或负离子；将交替的膜层叠起来，并使带有不同盐度的水流经它们。离子的选择性经过产生电位差，它们被转换成通过电极的电流。用于RED设备的膜相比用于PRO的甚至更贵，且同等地敏感于悬浮液中的材料。为了避免膜的使用，最终研发出了基于盐水与淡水之间的蒸汽压差的VP设备。可使用该压力差来驱动涡轮，该涡轮进而驱动交流发电机或发电机。较小的压力差是研发这样的系统的主要障碍。需要移动部件的PRO和VP系统更适合于大型工厂，而对于较小的设施或家用设施而言，RED是最有前景的。尽管有极大的兴趣，这些技术的成本仍然是很高的，且它们依然无法广泛使用。因此本专利技术的目的是实现使用不同离子浓度的溶液来发电的设备，这克服了现有技术的缺点，也就是说，既不需要膜，也不需要诸如交流发电机或发电机之类的将机械运动转换为电力的机制。另外，本专利技术的另一个目标是实现对于给定量的所使用的离子溶液，能达到高电力值的设备。根据本专利技术，通过实现如权利要求1所述的使用不同离子浓度的溶液的电能发电机而达到这些目的。在接下来的权利要求中陈述本专利技术的附加特征。本专利技术进一步涉及使用上述设备产生电能的方法。这样的方法提供与针对该设备所描述的效果和优势同样的效果和优势。通过参看所附示意附图，从以下说明性而非限制性的详细描述中将明显地看出根据本专利技术的通过使用不同浓度的溶液发电的设备与相关方法的特征与优势，其中-附图说明图1是根据本专利技术的通过使用带有不同离子浓度溶液来发电的设备的优选实现示例的概览；-图2、3、4说明性而非限制性地示出三个示例的关于液压系统现及电池的实现的图，其示出如何可使用该溶液来改变电池中的离子浓度；-图5禾Π6说明性而非限制性地，以剖视图、轴测以及正交投影的形式示出电池及电极配置的可能实现的具体示意图；和-图7说明性而非限制性地示出有关电力系统的可能实现的一般电示意图，其负责对电极充电及放电。具体参看图1，示意地示出优选实施例，其关于根据本专利技术的通过使用带有不同离子浓度溶液的用于发电的设备的实现，该设备用附图标记10来整体地表示。该设备所使用的能源是两个溶液14和16之间的离子浓度差，所以溶液14具有比溶液16更高的离子浓度。在典型应用中，该两个溶液是来自河流的淡水以及来自海洋的盐水，或者是海水与来自蒸发塘的水。电池22含有液体，该液体是从这些溶液14和16中的一个溶液中获得的或者是它们的混合液。该方法的表征在于通过在不同的时间、以不同的比例将两个溶液14和16注射到电池中，在成分上改变电池22中含有的液体，从而改变电池22或其一部分中溶液的离子浓度。这个操作旨在获得至少两个不同的阶段“高浓度阶段”，其中电池22中的溶液主要由溶液14组成，和“低浓度阶段”，其中电池22中的溶液主要由溶液16组成。该设备包括至少两个电极18和20，电极至少部分地浸没在电池22中的液体中。 在“高浓度阶段”的一部分中，使电流在电极18和20之间流动，以使它们被充电(充电阶段)它们表现得如同电容器。如果电压没有超过可激活氧化还原反应的值，电容器保持其电荷。在水溶液的情况下，电位差的限值是IV。在这个阶段中，能量被消耗。当接下来“低浓度阶段”开始的时候，由电极18和20所形成的电容器的等效电容下降。由于其累积电荷没有减少，其静电能量增加，通过容许电流在电极之间通过负载12流动而被使用(放电阶段)。在充电阶段过程中被消耗的能量小于在放电阶段过程中被吸取出来的能量，所以该系统通过使用源于溶液离子浓度差的自由能有效地吸取出能量。从能量守恒的角度而言，该能量是以液体的热能为代价吸取出的为了保持温度， 液体吸收热量。从热力学第二定律的角度而言，系统使用了离子浓度差的自由能实际上， 在能量吸取之后，部分原始溶液被混合，且增加了其熵。使用多孔材料的电极增加了该系统的容量，且容许减少电极的尺寸。具体地，可有用地为本专利技术采用用于建立超级电容器而研发的活性炭、炭气凝胶和碳纳米管。负责改变电池22中的溶液的成分的该系统以及该电池本身可以任何方式来实现；在图2、3、4中示出三个示例；这些附图是说明性的而非限制性的。在图2中，将两个电极配置在电池22的相对壁上。通过激活两个泵M或沈，交替地用溶液14或16来填充电极18与20之间的沟。这容许在激活该泵M之后的“高浓度阶段”转换到激活该泵沈之后的“低浓度阶段”。在图3所示的示意图中，电极18和20被放置为平行于彼此，间隔较小的距离，且由多孔材料制成。用一对电极18和20来分隔电池22，形成间隔，分为两个部分。在这个情况下，泵M和26在不同的阶段，使溶液14和16流入该电池的两个部分中。当激活泵M 而不激活泵26时，溶液14流过，并通过扩散，使跨整个电池的浓度增加，获得了 “高浓度阶段”。接着，不激活泵M而激活泵26。通过扩散，电池中溶液的浓度下降。在图4提出的示意图中，电池22由两个分开的隔室组成，其各自含有溶液14和16 中的一个。在相继的阶段中，电极18和20从一个隔室移动到另一个隔室。当电极18和204浸没到溶液14中时，发生“高浓度阶段”，而当它们浸没在溶液16中时，发生“低浓度阶段”。根据本专利技术的用于实现发电设备的实践示例，电极由边长为10cm、厚Imm的石墨方板制成。在这些板上，沉积0.1mm厚的由活性炭制成的层。该沉积可通过制造由活性炭制成的超级电容器而采用的以下步骤来完成。在用于获得该层的步骤的示例中，首先将活性炭碾碎为小于一微米的颗粒；与相比于炭的量为5%的起到粘合剂作用的聚合物(如， PVDF，聚偏二氟乙烯)混合；将其与聚合物的合适溶剂(如，二甲基乙酰胺或N-甲基-2毗咯烷酮)混合，其量为适合于获得聚合物的完全溶解且获得与刷涂涂料的浓度相同的浓度 (consistency)；最后，将这样所获得的悬浮液涂敷在石墨板的一侧上，涂敷厚度为0. Imm 并使其变干。通过组装平行的、间距为Imm的一对板来获得单个电池(图5和6)，使得活性炭层位于板之间的间隙内。它们组成电极18和20。然后用垫片观封住板的两个相对侧，而余下的两侧连接至管道30和32，其组成了液压系统，该液压系统容许在相继的阶段中用来自海洋的盐水和来自河流的淡水(可能还含有少量海水)填充板之间的空间，从而增大导电率。外部放置有连接到每一块板的两条铜线。在图7中示意地示出了使用设备10的电本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种能通过使用不同离子浓度的溶液产生电能的设备（１０），包括由导电材料制成的至少两个电极，至少部分地浸没在含有所述溶液的液体中，其特征在于，所述电极浸没在其中的所述液体的离子浓度在相继阶段中通过用所述溶液替换或混合所述液体而被改变，且包括至少一个充电阶段，在所述充电阶段中所述电极被充电，以及至少一个放电阶段，在所述放电阶段中所述电极被完全地或部分地放电。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：D·C·布罗焦里，M·C·尼科洛，
申请(专利权)人：雷德斯塔克有限公司，
类型：发明
国别省市：NL
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