一种温差能化学电池

摘要

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。

主权项

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，即能导热也能导电，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氢气、氧气等副产品，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（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，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，而只需要电解液提供温差，当采用硫酸铜水溶液做为电解液，热池温差电池片（5）和冷池温差电池片（6）均采用铜做为电极时，则会在热池温差电池片（5）表面上析出铜，而冷池温差电池片（6）表面上的铜则会被腐蚀而生成硫酸铜，且不会在两极产生氢气和氧气等气体，当负极的铜较少到一定程度时，就需要调换热池（1）和冷池（2）的进水，使原来的热池变为冷池，而冷池则变为热池，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。