[發明專利]一種濃差電容器

有效

• 申請號: 201710554617.1
• 申請日: 2017-07-10
• 公開（公告）號: CN107546038B
• 公開（公告）日: 2019-06-25
• 發明（設計）人: 邱介山;詹菲;王剛
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: H01G11/32
• 分類號: H01G11/32;H01G11/26;H01G11/54
• 代理公司: 大連星海專利事務所有限公司 21208
• 代理人: 楊翠翠

一種濃差電容器，其屬于能量儲存與轉化領域。該電容器以能與電解液發生吸附/脫附的炭基材料作電極，把存在濃度差的兩股流體中的自由能轉化為電能；該電容器是一種能量轉化裝置，不同濃度的流體流過電容器時，溶液中的離子進出電極，影響電極間的電場強度，在回路產生交變電流。（1）該濃差電容器可提取濃差溶液中的自由能，所用多孔炭材料電極穩定性好；（2）產生的電壓持續時間長，只要持續通不同濃度的流體，就會一直產生波動的電壓；（3）電解質的選擇范圍廣，可以采用不同濃度的氣體，不同濃度的廢水；（4）與濃差電池相比，避免了使用易腐蝕的金屬電極，不需要鹽橋，可持續產能，應用范圍更廣。

技術領域

本發明涉及一種濃差電容器，其屬于能量儲存與轉化領域。

背景技術

濃差電池是一種包含兩個僅濃度不同的半電池的原電池，能將溶液中的自由能轉化為電能。例如，兩個由鹽橋連接的半電池：金屬銅電極與稀硫酸銅溶液，金屬銅電極與濃硫酸銅溶液組成的濃差電池。濃差電池又可以分為兩類：電解質濃度不同形成的濃差電池，稱為離子濃差電池；另一類是電極濃差電池，電極材料相同但其濃度不同。之所以被稱為電池，是因為電極與電解質會發生不可逆的氧化還原反應。但是，金屬電極在空氣中容易被腐蝕，而且，兩個半電池的濃度會漸漸趨近，電勢差最終趨近于零，電壓維持壽命短?？傊?，濃差電池的特征是：金屬電極，濃度差，鹽橋和氧化還原反應等；缺點是：易腐蝕和壽命短等。

電化學電容器（常被稱為超級電容器）是一種功率密度高、充電時間短、使用壽命長、節能環保的新型儲能裝置。超級電容器最基本的類型是雙電層電容器。雙電層電容器的儲能機制是基于靜電吸附，即電極的充放電過程不發生化學反應，而是通過在電極表/界面處形成的雙電層進行電荷儲存?？紫栋l達且導電良好的多孔炭材料，如高比表面積的活性炭、介孔碳、碳納米管以及石墨烯等常被用作雙電層電容器的電極材料。

專利“一種電容式濃差發電技術”以上述雙電層電容器為核心器件，與外部電源組成一個發電系統。電極材料本身不顯著帶電。兩個電極完全對稱，需要外部電源對電極進行極化，使其上富集大量正電荷或者負電荷，從而吸引帶反向電荷的離子。通過充電-開路-放電-開路四步循環，實現鹽差能向電能的轉化。這種技術的缺點是：需要外部電源，增加了系統成本，降低了能量效率；產出的功率密度較低，性能有待提高。

發明內容

為解決現有技術中存在的問題，本發明提供一種濃差電容器。目的是利用可再生能源，把潛藏在不同濃度溶液中的自由能通過超級電容器轉化為電能。濃差電池早已出現在教科書中，而濃差電容器的概念在此之前還是空白。濃差電容器與濃差電池不同的地方在于，濃差電容器不用金屬作電極，沒有鹽橋，沒有不可逆的氧化還原反應；而是依賴離子與炭基電極間可逆的電吸附/脫附過程。

本發明采用的技術方案為：一種濃差電容器，該電容器以能與電解液發生吸附/脫附的炭基材料作電極，把存在濃度差的兩股流體中的自由能轉化為電能；該電容器是一種能量轉化裝置，不同濃度的流體流過電容器時，溶液中的離子進出電極，影響電極間的電場強度，在回路產生交變電流；所述流體為含有陰陽離子的無機或有機電解液，電極不與電解液發生不可逆氧化還原反應。

無膜型濃差電容器包括兩種帶反向電荷的電極、一個電極間供電解液通過的流道、防止短路的隔板和集流體；不對稱電極對分別帶正電荷和負電荷，電極不與電解液發生不可逆氧化還原反應。

有膜型濃差電容器包括兩個材質相同的電極、膜、由膜分隔出兩個供電解液通過的通道和集流體；不同濃度的流體同時進入兩個流道，被膜隔開；電極都帶正電或都帶負電，電極不與電解液發生不可逆氧化還原反應；電極都帶正電時，膜為濾膜或陽離子交換樹脂膜，電極都帶負電時，膜為濾膜或陰離子交換樹脂膜。