一种离子势能电池的制作方法

1.本发明涉及一种电池装置，具体地，涉及一种离子势能电池。


背景技术：

2.电池(battery)指盛有电解质溶液和金属电极以产生电流的杯、槽或其他容器或复合容器的部分空间，能将化学能转化成电能的装置。具有正极、负极之分。随着科技的进步，电池泛指能产生电能的小型装置。如太阳能电池。电池的性能参数主要有电动势、容量、比能量和电阻。利用电池作为能量来源，可以得到具有稳定电压，稳定电流，长时间稳定供电，受外界影响很小的电流，并且电池结构简单，携带方便，充放电操作简便易行，不受外界气候和温度的影响，性能稳定可靠，在现代社会生活中的各个方面发挥有很大作用。
3.在化学电池中，化学能直接转变为电能是靠电池内部自发进行氧化、还原等化学反应的结果，这种反应分别在两个电极上进行。负极活性物质由电位较负并在电解质中稳定的还原剂组成，如锌、镉、铅等活泼金属和氢或碳氢化合物等。正极活性物质由电位较正并在电解质中稳定的氧化剂组成，如二氧化锰、二氧化铅、氧化镍等金属氧化物，氧或空气，卤素及其盐类，含氧酸及其盐类等。电解质则是具有良好离子导电性的材料，如酸、碱、盐的水溶液，有机或无机非水溶液、熔融盐或固体电解质等。当外电路断开时，两极之间虽然有电位差(开路电压)，但没有电流，存储在电池中的化学能并不转换为电能。当外电路闭合时，在两电极电位差的作用下即有电流流过外电路。同时在电池内部，由于电解质中不存在自由电子，电荷的传递必然伴随两极活性物质与电解质界面的氧化或还原反应，以及反应物和反应产物的物质迁移。电荷在电解质中的传递也要由离子的迁移来完成。
4.目前，市面上的电池研究的基本都是将化学能转化成电能。。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种利用离子势能的电池装置，针对现有技术存在的不足，能够将化学能转化成势能，进而转化成电能，还具有结构简单新颖，电池效率高等优点。
6.为了达到上述目的，本发明提供了一种离子势能电池，其中，所述离子势能电池包含反应容器，每个反应容器内设置两对电极，一对设置在容器内部上方，一对设置在容器内部下方，反应容器内的上部和下部分别装有不同的反应溶液或反应气体。
7.上述的离子势能电池，其中，所述的离子势能电池中，电极采用碳棒制成，电极分别连接导线，导线从反应容器顶部伸出构成电池的正负极；反应容器为圆柱形，顶部密封；反应溶液内存在金属离子或氢离子。
8.上述的离子势能电池，其中，所述的离子势能电池在加热使用时，产生的电流增大。
9.上述的离子势能电池，其中，所述的离子势能电池包含氢氧离子势能电池和铁离子势能电池。
10.上述的离子势能电池，其中，所述的氢氧离子势能电池，设有两个反应容器，分别
为氢气反应容器和氧气反应容器，每个反应容器里分别设有气体反应电极和气体生成电极。
11.上述的离子势能电池，其中，所述的气体反应电极，采用棉线编织成的套子包裹在碳棒上并固定，再涂满2000目的碳粉，电极的顶端与铜导线连接并固定；气体生成电极的顶端也与铜导线连接并固定；电极与导线连接裸露的部分涂有防氧化涂层。
12.上述的离子势能电池，其中，所述的氢气反应容器中设有一对氢气反应电极和一对氢气生成电极，氢气反应容器的下部装有质量浓度为20％的氢氧化钠溶液，上部装有氢气；氧气反应容器中设有一对氧气反应电极和一对氧气生成电极，氧气反应容器的下部装有质量浓度为20％的硫酸溶液，上部装有氧气。
13.上述的离子势能电池，其中，所述的氢气反应电极和氧气反应电极通过导线相连，氢气生成电极和氧气生成电极通过导线相连。
14.上述的离子势能电池，其中，所述的铁离子势能电池，设有一个反应容器，内部设有一对fe
3+
反应电极和一对fe
2+
反应电极，反应容器的上部装有质量浓度为30％的硫酸铁溶液，下部装有过饱和的硫酸亚铁溶液。
15.上述的离子势能电池，其中，所述的铁离子势能电池，通过导线将两个fe
3+
反应电极和fe
2+
反应电极分别相连。
16.本发明提供的离子势能电池具有以下优点：
17.该离子势能电池是将化学能转化成势能，进而转化成电能，通过利用反应容器中电极上的反应，使外接电路中有电流生成，同时反应物与生成物相对应，维持了物质守恒，热能可以促进反应的进行，因此还能够间接地实现热能转化成电能。另外，该离子势能电池也具有结构简单新颖，易于组装，成本低廉，电池效率高等特点。
附图说明
18.图1为本发明实施例1的氢氧离子势能电池示意图。
19.图2为本发明实施例1的氢氧离子势能电池中气体反应电极的示意图。
20.图3为本发明实施例2的铁离子势能电池示意图。
21.其中，1、反应容器；2、碳棒；3、导线；4、氢气反应容器；5、氧气反应容器；6、棉线；7、氢气反应电极；8、氢气生成电极；9、氢氧化钠溶液；10、氢气；11、氧气反应电极；12、氧气生成电极；13、硫酸溶液；14、氧气；15、fe
3+
反应电极；16、fe
2+
反应电极；17、硫酸铁溶液；18、过饱和的硫酸亚铁溶液。
具体实施方式
22.以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步地说明。
23.本发明提供的离子势能电池，包含反应容器1，每个反应容器1内设置两对电极，一对设置在容器内部上方，一对设置在容器内部下方，反应容器1内的上部和下部分别装有不同的反应溶液或反应气体。
24.该离子势能电池中，电极采用碳棒2制成，电极分别连接导线3，导线3从反应容器1顶部伸出构成电池的正负极；反应容器1为圆柱形，顶部密封；反应溶液内存在金属离子或氢离子。
25.该离子势能电池在加热使用时，产生的电流增大。
26.该离子势能电池包含氢氧离子势能电池和铁离子势能电池。
27.下面结合实施例对本发明提供的离子势能电池做更进一步描述。
28.实施例1：氢氧离子势能电池。
29.如图1所示，氢氧离子势能电池设有两个反应容器1，分别为氢气反应容器4和氧气反应容器5，每个反应容器里分别设有气体反应电极和气体生成电极。
30.如图2所示，气体反应电极采用棉线6编织成的套子包裹在碳棒2上并固定，再涂满2000目的碳粉，电极的顶端与铜导线3连接并固定。
31.该气体反应电极的制作过程为：首先，将导线3和碳棒2连接在一起，并用胶水固定，再涂上防氧化涂层；然后，将棉线6编织成尺寸与碳棒相适配的套子，包裹在碳棒2的棒身上，并用棉线固定；最后，使用2000目的碳粉，涂满在棉线和套子上。
32.该结构是通过利用棉线的毛吸现象，使得整个电极可以与溶剂，即反应溶液有接触，构成联通的离子移动通路，同时可以利用碳粉为气体分子提供反应的电极表面积。
33.气体生成电极的顶端也与铜导线3连接并固定。
34.气体反应电极和气体生成电极与导线3连接裸露的部分均涂有防氧化涂层。
35.气体反应电极位于反应容器1内部上方，底端浸入反应溶液中。气体生成电极位于反应容器1内部下方，并浸入反应溶液中。
36.氢气反应容器4中设有一对氢气反应电极7和一对氢气生成电极8，氢气反应容器4的下部装有质量浓度为20％的氢氧化钠溶液9，上部装有氢气10。
37.氧气反应容器5中设有一对氧气反应电极11和一对氧气生成电极12，氧气反应容器5的下部装有质量浓度为20％的硫酸溶液13，上部装有氧气14。
38.氢气反应电极7和氧气反应电极11通过导线3相连，氢气生成电极8和氧气生成电极12通过导线3相连。
39.该氢氧势能电池是利用化学能转化成势能，在热能的作用下，势能再转化成化学能，进而转化成电能。利用反应容器中电极上的反应，一端电极消耗反应物，一端电极同时生成反应物，外接电路中有电流的生成，同时反应物等于生成物，维持了整个容器中物质守恒，通过热能可以促进反应的进行，间接实现热能转化成电能。
40.实施例2：铁离子势能电池。
41.如图3所示，铁离子势能电池设有一个反应容器1，内部设有一对fe
3+
反应电极15和一对fe
2+
反应电极16。电极的设置成上下分布，上方为fe
3+
反应电极15，下方为fe
2+
反应电极16。
42.反应容器1的上部装有质量浓度为30％的硫酸铁溶液17，采用质量浓度为10％的硫酸和硫酸铁配置而成。下部装有过饱和的硫酸亚铁溶液18。使反应容器1内存在过饱和的fe
2+
与fe
3+
混合溶液。反应容器1的顶部留有部分空气。
43.该铁离子势能电池中，通过导线3将两个fe
3+
反应电极15和fe
2+
反应电极16分别相连，fe
3+
反应电极15引出的导线3作为电池的正极，fe
2+
反应电极16引出的导线3作为电池的负极，形成闭合回路。
44.该铁离子势能电池可以利用化学能转化成势能，在热能的作用下，势能再转化成化学能，进而转化成电能。在反应容器中，通过电极的构建，实现氧化和还原反应，反应时存
在fe
3+
+e-＝fe
2+
，以及fe
2+-e-＝fe
3+
，最后通过外接电路中的电流实现反应的表达。因反应物与生成物相同，维持了物质守恒，通过热能可以促进反应的进行，因此可以间接实现将热能转化成电能。
45.采用本发明的实施例中制备的离子势能电池，进行试验，结果可得：在加热使用时，产生的电流增大。常温下产生的电流为4ma左右，加热时(例如，放在开水中)电流可以达到12ma左右。
46.尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。