[發明專利]通過跨鈦氧化物納米流體隔膜的鹽度梯度產出能量的設備

有效

• 申請號: 201680056227.5
• 申請日: 2016-09-02
• 公開（公告）號: CN108367242B
• 公開（公告）日: 2021-07-06
• 發明（設計）人: B·莫泰;L·博凱;A·西里亞;M·貝切蘭伊
• 申請（專利權）人: 斯威馳能量公司;國家科學研究中心
• 主分類號: B01D61/00
• 分類號: B01D61/00;B01D67/00;B01D71/02;F03G7/00;H01M8/22
• 代理公司: 北京戈程知識產權代理有限公司 11314
• 代理人: 程偉;于高瞻

本發明涉及一種用于產出電能的設備，其包括兩個容器A和B，分隔兩個容器的隔膜以及裝置；所述容器旨在各自容納同一溶質濃度為C_A和C_B的電解質溶液，并且各自包括設置為與電解質溶液發生接觸的電極；所述隔膜包括至少一個納米通道，所述納米通道設置為使電解質能夠從一個容器通過所述一個或更多個納米通道朝向另一容器擴散；所述裝置能夠供給由兩個電極之間所存在的電勢差而自發產生的電能；其特征在于，一個或多個納米通道的內表面的至少一部分基本上由至少一種鈦氧化物形成。本發明還涉及一種使用所述設備產出電能的方法。

技術領域

本發明的主題為一種通過跨鈦氧化物納米流體隔膜的鹽度梯度產出能量的設備。本發明進一步的主題為使用所述設備產出能量的方法。

背景技術

鹽度梯度產出能量是全球范圍內潛力最大的可再生能源之一。

目前考慮四種不同的技術來獲取這種“藍色”能量：壓力延緩滲透(PRO)、反向電滲析(RED)、電容系統(Capmix)以及使用氮化硼納米孔隙隔膜。

例如在專利US3906250和US4193267中所描述的壓力延緩滲透(PRO)使用所謂的半滲透隔膜(所述半滲透隔膜允許水分子選擇性通過)從而在具有最高鹽濃度的溶液一側產生滲透過壓。該過壓能夠通過由此產生的流動而機械驅動水輪機，從而產出電力。由于通過水輪機而機械地獲取能量，因此能量產出與鹽度梯度間接相關。

用于PRO的隔膜為特定的所謂半滲透隔膜。這些隔膜僅允許水分子通過，而不允許源自溶鹽的離子通過。為了得到這種選擇性，隔膜必須具有受控孔隙率并且孔徑約數埃，并且通常為由聚酰胺衍生物或纖維素醋酸酯制成的有機隔膜。雖然對于優化這些PRO專用隔膜的研究眾多，但是其較低的滲透率、對沾污的敏感性以及與輪機的機械運轉相關的能量損失將能量產出限制為數瓦特每平方米隔膜。目前，與所產出能量的量相比的這些隔膜的成本減緩了該技術的發展。

反向電滲析為基于跨離子交換隔膜的道南(Donnan)電位的電化學途徑，所述離子交換隔膜稱為“選擇滲透性”的。裝置由交替的隔室形成，其電解質濃度最高的溶液與電解質濃度最低的溶液流通。這些隔室由陰離子交換隔膜和陽離子交換隔膜交替隔開。電極設置在這些隔室堆疊的端部，并且獲取由離子整體流動產生的電流。然而，隔膜的沾污、電荷在這些隔膜的表面上的積累、其低滲透率以及其再生需求損害了該技術的整體經濟平衡。相對于隔膜表面積的能量產出不超過數瓦特每平方米。

基于在電容系統(système Capmix)中交替充電、放電的第二種電化學途徑也是研究的主題。對于這種電化學方法，電容隔膜的優化似乎仍是個難點。

近來，Siria等人發現了使用納米孔隙隔膜通過鹽度梯度產出能量的新途徑，所述納米孔隙隔膜由氮化硼型化合物制成，或者更一般地由碳、硼或氮的化合物制成(Giantosmotic energy conversion in a single transmembrane boron nitride nanotube-Nature-第494卷，第455-458頁)(WO2014/060690)。該途徑應用了擴散-滲透現象，并且每隔膜表面積能夠產出大量的能量(大約kW/m²)。然而，該方法需要制造沉積在納米孔隙氧化鋁基底上的氮化硼隔膜。所述隔膜尚未能夠在實驗室規模之上合成(Synthesis of BoronNitride Nanotubes by a Template-Assisted Polymer Thermolysis Process，Bechelany等人，J.Phys.Chem.C 2007，111，13378-13384)。考慮到所需的材料，其大規模開發似乎最為復雜、成本極高。

鑒于上述情況，由此需要這樣的產出電能的方法，其無污染、容易實行、比較經濟并且能夠獲得大約kW/m²的每平方米隔膜的能量產出。特別地，需要一種能夠通過鹽度梯度產出電能的設備，其不具有用于產出鹽度梯度電能的現有技術方法的不足、缺陷、限制和缺點，特別地考慮到隔膜的工業化和制造成本。