專(zhuān)利名稱(chēng)：利用靜電場(chǎng)發(fā)電的方法及發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力發(fā)電的方法及發(fā)電裝置。
目前，人們廣泛使用的電源主要有兩種一種是發(fā)電機(jī)，一種是蓄電池。發(fā)電機(jī)是利用電磁感應(yīng)原理，使導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)切割磁力線(xiàn)，在導(dǎo)體兩端產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，從而在閉合回路中輸出電能。但是，若想得到連續(xù)的電能輸出，必須讓導(dǎo)體或線(xiàn)圈在磁場(chǎng)中不停地運(yùn)動(dòng)，這就要求必須有動(dòng)力系統(tǒng)推動(dòng)發(fā)電機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。目前較普遍的是水力發(fā)電和火力發(fā)電。這樣的發(fā)電系統(tǒng)往往都有龐大、復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)、設(shè)備投資大、管理困難，而且噪音大能耗高，對(duì)環(huán)境也有污染。因動(dòng)力系統(tǒng)有高溫高壓，一旦出現(xiàn)事故，易造成人員傷亡。蓄電池是通過(guò)氧化——還原電化學(xué)反應(yīng)，將電池內(nèi)活性物質(zhì)的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N獨(dú)立直流電源。它由正極、負(fù)極、電解質(zhì)、隔膜和容器五個(gè)主要部分組成。正極活性物質(zhì)通常是各種金屬氧化物、鹵素及鹵化物、氧或含氧酸鹽等；負(fù)極活性物質(zhì)則是電位較低的金屬或氫；電解質(zhì)溶液采用酸、堿和鹽的水溶液。電池工作時(shí)，負(fù)極活性物質(zhì)發(fā)生電化學(xué)氧化反應(yīng)，釋放出電子，在兩電極間電位差的作用下，電子由負(fù)極經(jīng)外電路傳遞到正極，正極活性物質(zhì)則接受電子發(fā)生電化學(xué)還原反應(yīng)，同時(shí)電解質(zhì)溶液中的離子通過(guò)擴(kuò)散和電遷移在電池內(nèi)部傳遞電流，從而形成一個(gè)閉合回路，隔膜的作用是將正、負(fù)極分隔開(kāi)，防止發(fā)生短路現(xiàn)象。蓄電池的電極反應(yīng)有可逆性，放電時(shí)消耗的活性物質(zhì)在充電時(shí)得以恢復(fù)。放電時(shí)是化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽潆姇r(shí)是電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能，因此它是一種化學(xué)能——電能相互轉(zhuǎn)換的儲(chǔ)能裝置。目前的蓄電池體積大、重量大、電壓低，在貯存期間會(huì)自放電，消耗電池容量，電解質(zhì)有較強(qiáng)的腐蝕性，易造成腐蝕和污染。
本發(fā)明的目的是提出一種新的發(fā)電方法，這種發(fā)電方法是利用靜電場(chǎng)特別是勻強(qiáng)電場(chǎng)對(duì)電場(chǎng)中U型電極上的自由電荷的作用力推動(dòng)電荷由低電勢(shì)向高電勢(shì)運(yùn)動(dòng)來(lái)產(chǎn)生電能的。這種發(fā)電方法發(fā)電效率高，沒(méi)有機(jī)械系統(tǒng)，無(wú)需龐大的動(dòng)力系統(tǒng)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種具有發(fā)電效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、產(chǎn)品成本低、沒(méi)有機(jī)械系統(tǒng)、無(wú)需龐大的動(dòng)力系統(tǒng)、運(yùn)行安全可靠、無(wú)噪音無(wú)污染的發(fā)電裝置，來(lái)作為一種新型電源。
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第一個(gè)目的，本發(fā)明發(fā)電方法的技術(shù)解決方案是將由尺寸相同、平行正對(duì)的輸出正極和輸出負(fù)極以及連接導(dǎo)體共同組成U型結(jié)構(gòu)的U型電極置于尺寸相同、平行正對(duì)的輸入正極和輸入負(fù)極之間。與輸入正極平行正對(duì)的是輸出負(fù)極，與輸入負(fù)極平行正對(duì)的是輸出正極。各電極均為板狀。輸出電極的寬度與輸入電極相同，長(zhǎng)度短于輸入電極，使U型電極能有效地處于勻強(qiáng)電場(chǎng)之中。連接導(dǎo)體的作用是將輸出正極和輸出負(fù)極連接導(dǎo)通，傳輸電流。在輸入正極與輸出負(fù)極之間、輸出負(fù)極與輸出正極之間、輸出正極與輸入負(fù)極之間均有材料相同、相互獨(dú)立的電解質(zhì)。電解質(zhì)為工作負(fù)極，輸入負(fù)極和輸出負(fù)極與電解質(zhì)是相互導(dǎo)通的，輸入、輸出負(fù)極權(quán)起到將電解質(zhì)負(fù)極引出的作用。輸入正極和輸出正極采用電容器用高純度閥金屬制作，其電極表面可先經(jīng)腐蝕后，再生成氧化膜；也可用其金屬粉壓制成型經(jīng)高溫真空燒結(jié)制成，然后在其表面上生成氧化膜。氧化膜為工作介質(zhì)，起到正極與電解質(zhì)負(fù)極相互絕緣的作用。電解質(zhì)采用電解電容器用工作電解質(zhì)，它可以是液體，也可以是糊狀、凝膠或者固體，輸入負(fù)極和輸出負(fù)極采用電容器用高純度與正電極相同的材料制作，也可采用電容器用銀材料制作。連接導(dǎo)體可采用與負(fù)極完全相同的材料制作。當(dāng)外部直流電源加到輸入正、負(fù)極上后，在輸入正極和輸入負(fù)極之間形成一個(gè)勻強(qiáng)電場(chǎng)，處于電場(chǎng)中的U型電極上的自由電荷在電場(chǎng)力的作用下，由輸出正極經(jīng)連接導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)到輸出負(fù)極上，從而在U型電極的兩端即輸出正極和輸出負(fù)極之間形成一個(gè)電勢(shì)差。在電勢(shì)差的作用下，達(dá)到對(duì)外電路閉合回路做功的目的。由于輸入電極之間電容的存在，故切斷外電源后，在兩個(gè)輸入電極上仍有電荷存在，所以電場(chǎng)也仍然存在。電場(chǎng)存在，輸出正、負(fù)極間的電勢(shì)差也就存在，對(duì)外做功也就不會(huì)停止。
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的第二個(gè)目的，本發(fā)明提出的發(fā)電裝置的技術(shù)解決方案是將由尺寸相同、平行正對(duì)的輸出正極和輸出負(fù)極以及連接導(dǎo)體共同組成U型結(jié)構(gòu)的U型電極置于尺寸相同平行正對(duì)的輸入正極和輸入負(fù)極之間。與輸入正極平行正對(duì)的是輸出負(fù)極；與輸入負(fù)極平行正對(duì)的是輸出正極。各電極均為板狀。輸出電極的寬度與輸入電極相同，長(zhǎng)度短于輸入電極，使U型電極能有效地處于勻強(qiáng)電場(chǎng)之中。連接導(dǎo)體的作用是將輸出正極和輸出負(fù)極連接導(dǎo)通，傳輸電流。在輸入正極與輸出負(fù)極之間、輸出負(fù)極與輸出正極之間、輸出正極與輸入負(fù)極之間均有材料相同、相互獨(dú)立的電解質(zhì)。電解質(zhì)為工作負(fù)極，輸入負(fù)極和輸出負(fù)極與電解質(zhì)是相互導(dǎo)通的，輸入、輸出負(fù)極僅起到將電解質(zhì)負(fù)極引出的作用。輸入正極和輸出正極采用電容器用高純度閥金屬材料制作，既可將其電極表面先經(jīng)腐蝕后，再生成氧化膜；也可以直接用其金屬粉壓制成型經(jīng)高溫真空燒結(jié)制成，然后在其表面上生成氧化膜。氧化膜為工作介質(zhì)，起到正電極與電解質(zhì)負(fù)極相互絕緣的作用。電解質(zhì)采用電容器用工作電解質(zhì)，它可以是液體，也可以是糊狀、凝膠或固體。輸入負(fù)極和輸出負(fù)極可以采用電容器用高純度與正電極相同的材料制作，也可采用電容器用銀材料制作。連接導(dǎo)體可采用與負(fù)極完全相同的材料，兩個(gè)輸入電極和U型電極及電解質(zhì)均裝在殼體內(nèi)，殼體起到絕緣密封保護(hù)作用。在輸入正極、輸出負(fù)極、輸出正極和輸入負(fù)極的一端均有一個(gè)引出頭伸出殼體外，起到與外電路相互連接作用。
本發(fā)明所述利用靜電場(chǎng)發(fā)電的方法及發(fā)電裝置是利用U型電極在電場(chǎng)力的作用下產(chǎn)生電勢(shì)差來(lái)產(chǎn)生電能輸出的，克服了現(xiàn)有技術(shù)中動(dòng)力設(shè)備及發(fā)電設(shè)備龐大、機(jī)械系統(tǒng)復(fù)雜、能耗高、污染環(huán)境等不足和蓄電池內(nèi)化學(xué)物質(zhì)具有腐蝕性，易造成環(huán)境污染等不足，相比于現(xiàn)有技術(shù)具有一次充電長(zhǎng)久使用、發(fā)電效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單成本低、無(wú)機(jī)械系統(tǒng)、運(yùn)行安全可靠無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述
附

圖1是利用靜電場(chǎng)發(fā)電的發(fā)電裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
本發(fā)明所述的利用靜電場(chǎng)發(fā)電的發(fā)電裝置是由輸入正極(1)、輸入負(fù)極(8)、輸出正極(6)、輸出負(fù)極(3)、連接導(dǎo)體(12)、電解質(zhì)(10)、(13)、(14)、電極引出頭(2)、(4)、(5)、(7)和外殼(9)組成。輸出正極(6)和輸出負(fù)極(3)尺寸相同、平行正對(duì)，與連接導(dǎo)體(12)共同組成U型結(jié)構(gòu)，并放置在尺寸相同、平行正對(duì)的輸入正極(1)和輸入負(fù)極(8)之間。與輸入正極(1)平行正對(duì)的是輸出負(fù)極(3)；與輸入負(fù)極(8)平行正對(duì)的是輸出正極(6)。電極(1)、(3)、(6)、(8)均為板狀，輸出電極(3)、(6)的寬度相同于輸入電極(1)、(8)，長(zhǎng)度短于輸入電極(1)、(8)，使U型電極能有效地處于勻強(qiáng)電場(chǎng)之中。連接導(dǎo)體(12)的作用是將輸出正極(6)和輸出負(fù)極(3)連接導(dǎo)通，傳輸電流，在輸入正極(1)與輸出負(fù)極(3)之間、輸出負(fù)極(3)與輸出正極(6)之間、輸出正極(6)與輸入負(fù)極(8)之間分別有材料相同的電解質(zhì)(14)、(13)、(10)。電解質(zhì)(14)、(13)、(10)為工作負(fù)極，輸出負(fù)極(3)與電解質(zhì)(14)和(13)以及輸入負(fù)極(8)與電解質(zhì)(10)均是相互導(dǎo)通的，起到將電解質(zhì)負(fù)極(14)、(13)和(10)引出的作用。正電極(1)、(6)表面上的氧化膜(15)、(11)為工作介質(zhì)，起到正電極(1)與電解質(zhì)負(fù)極(14)、正電極(6)與電解質(zhì)負(fù)極(10)相互絕緣的作用。電極(1)、(3)、(6)、(8)包括連接導(dǎo)體(12)和電解質(zhì)(10)、(14)、(13)均密封在外殼(9)內(nèi)，電極(1)、(3)、(6)、(8)的一端各有一引出頭(2)、(4)、(5)、(7)伸出在外殼(9)外。
輸入正極(1)和輸出正極(6)采用電容器用高純度閥金屬制作，其表面經(jīng)腐蝕后，再生成氧化膜(15)、(11)，也可用其金屬粉壓制成型后，經(jīng)高溫真空燒結(jié)成多孔的結(jié)構(gòu)，再生成氧化膜(15)、(11)。腐蝕與燒結(jié)成多孔的目的都是為了擴(kuò)大電極的有效面積，獲得大的容量，充電后能儲(chǔ)存更多的電荷，建立強(qiáng)大的電場(chǎng)。如正極(1)、(6)采用金屬板腐蝕型，電解質(zhì)(14)、(13)、(10)可采用硼酸銨乙二醇系統(tǒng)、或鄰苯二甲酸——三乙胺——DMF系統(tǒng)或硼酸——三丁胺——DMF系統(tǒng)等，并用電解紙吸附電解質(zhì)與電極相接觸；如正電極(1)、(6)采用金屬粉燒結(jié)型，則電解質(zhì)(14)、(13)、(10)可使用硼酸二氫銨——乙二醇——水體系等電解質(zhì)直接浸漬，也可采用被覆固態(tài)二氧化錳電解質(zhì)或有機(jī)半導(dǎo)體固體電解質(zhì)等等。輸入負(fù)極(8)和輸出負(fù)極(3)不用特殊處理，正極(1)、(6)采用腐蝕型結(jié)構(gòu)，輸入負(fù)極(8)和輸出負(fù)極(3)可直接采用與正極(1)、(6)相同的材料；正極(1)、(6)采用燒結(jié)型結(jié)構(gòu)，則可采用電容器用銀材料制作負(fù)極(3)、(8)。連接導(dǎo)體(12)可以采用與負(fù)極(3)、(8)完全相同的材料，外殼(9)使內(nèi)部結(jié)構(gòu)與外界相互絕源并密封保護(hù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)能長(zhǎng)期穩(wěn)定工作。
為了獲得最佳效果，電極(1)、(3)、(6)、(8)最好采用雙電層電容器的結(jié)構(gòu)材料制作，由集電極和極化電極共同組成正電極(1)、(6)，集電極采用金、鎳、致密石墨等；極化電極采用活性炭加石墨粉，電解質(zhì)(14)、(13)、(10)采用固體電解質(zhì)碘化銀銣，鎢酸碘銀等銀鹽材料。負(fù)極(3)、(8)由可逆電極和第二集電極共同組成，所采用的材料與固體電解質(zhì)(14)、(13)、(10)的金屬離子同屬一種材料，在此為電容器用銀粉與銀電極。這樣在輸入正極(1)和輸入負(fù)極(8)間可以獲得高達(dá)幾十法拉的特大容量，建立足夠強(qiáng)的電場(chǎng)，使輸出電極(3)、(6)間輸出更大的能量來(lái)滿(mǎn)足各種電源的要求。
當(dāng)外部直流電源加到輸入正極(1)和輸入負(fù)極(8)上充電后，在輸入正極(1)和輸入負(fù)極(8)上儲(chǔ)存了大量電荷，并建立一個(gè)勻強(qiáng)電場(chǎng)。由于輸出正極(6)和輸出負(fù)極(3)以及連接導(dǎo)體(12)均處在勻強(qiáng)電場(chǎng)中，所以在電場(chǎng)力的作用下，輸出正極(6)上的自由電荷由輸出正極(6)經(jīng)連接導(dǎo)體(12)運(yùn)動(dòng)到輸出負(fù)極(3)上，從而在輸出正、負(fù)極(6)和(3)間形成一個(gè)電勢(shì)差，當(dāng)與外電路構(gòu)成閉合回路后，在電勢(shì)差的作用下便會(huì)有電流由輸出正極(6)經(jīng)外電路流到輸出負(fù)極(3)上，又從輸出負(fù)極(3)經(jīng)連接導(dǎo)體(12)流到輸出正極(6)上，形成回路。電勢(shì)差是因電場(chǎng)力的作用而存在，故電場(chǎng)不消失，做功也就不會(huì)停止。
權(quán)利要求
1.一種利用靜電場(chǎng)發(fā)電的方法，其特征在于將尺寸相同、平行正對(duì)的輸出正極(6)和輸出負(fù)極(3)以及連接導(dǎo)體(12)共同組成U型結(jié)構(gòu)的U型電極置于尺寸相同、平行正對(duì)的輸入正極(1)和輸入負(fù)極(8)之間，與輸入正極(1)平行正對(duì)的是輸出負(fù)極(3)，與輸入負(fù)極(8)平行正對(duì)的是輸出正極(6)，電極(1)、(3)、(6)、(8)均為板狀，輸出電極(3)、(6)的寬度相同于輸入電極(1)、(8)，長(zhǎng)度短于輸入電極(1)、(8)，使U型電極能有效地處于勻強(qiáng)電場(chǎng)之中，連接導(dǎo)體(12)的作用是將輸出電極(3)和(6)連接導(dǎo)通，傳輸電流，在輸入正極(1)與輸出負(fù)極(3)之間，輸出負(fù)極(3)與輸出正極(6)之間、輸出正極(6)與輸入負(fù)極(8)之間分別有材料相同的電解質(zhì)(14)、(13)、(10)，電解質(zhì)(14)、(13)、(10)為工作負(fù)極，輸入負(fù)極(8)與電解質(zhì)(10)和輸出負(fù)極(3)與電解質(zhì)(14)、(13)均是相互導(dǎo)通的，輸入負(fù)極(8)和輸出負(fù)極(3)僅起到將電解質(zhì)負(fù)極(10)和(14)、(13)引出的作用，輸入正極(1)和輸出正極(6)采用電容器用高純度閥金屬材料制作，在其表面上生成氧化膜(15)、(11)，氧化膜(15)、(11)為工作介質(zhì)，起到正極(1)、(6)分別與電解質(zhì)(14)、(13)和(10)相互絕緣的作用，電解質(zhì)(14)、(13)、(10)采用電解電容器用工作電解質(zhì)，輸入負(fù)極(8)和輸出負(fù)極(3)可以采用電容器用高純度與正電極(1)、(6)相同的材料，也可采用電容器用銀材料制作，連接導(dǎo)體(12)可采用與負(fù)極(3)和(8)相同的材料制作，當(dāng)把直流電源加到輸入正極(1)和負(fù)極(8)上后，在輸入正極(1)和負(fù)極(8)間形成一個(gè)勻強(qiáng)電場(chǎng)，處于電場(chǎng)中的U型電極上的自由電荷在電場(chǎng)力的作用下，由輸出正極(6)經(jīng)連接導(dǎo)體(12)運(yùn)動(dòng)到輸出負(fù)極(3)上，從而在U型電極的兩端即輸出正極(6)和輸出負(fù)極(3)間形成一個(gè)電勢(shì)差，在電勢(shì)差的作用下，達(dá)到對(duì)外電路閉合回路做功的目的，由于輸入電極(1)、(8)間電容的存在，故切斷電源后，在輸入電極(1)、(8)上仍有電荷存在，所以電場(chǎng)也仍然存在，電場(chǎng)存在，輸出電極(3)、(6)間的電勢(shì)差也就存在，對(duì)外做功也就不會(huì)停止。
2.一種利用權(quán)利要求1所述利用靜電場(chǎng)發(fā)電方法的發(fā)電裝置，包括輸入正極(1)，輸入負(fù)極( 8)，U型電極和電解質(zhì)(14)、(13)、(10)，電極引出頭(2)、(4)、(5)、(7)，外殼(9)，U型電極包括輸出正極(6)、輸出負(fù)極(3)和連接導(dǎo)體(12)，其特征在于將由尺寸相同、平行正對(duì)的輸出正極(6)和輸出負(fù)極(3)以及連接導(dǎo)體(12)共同組成U型結(jié)構(gòu)的U型電極置于尺寸相同、平行正對(duì)的輸入正極(1)和輸入負(fù)極(8)之間，與輸入正極(1)平行正對(duì)的是輸出負(fù)極(3)，與輸入負(fù)極(8)平行正對(duì)的是輸出正極(6)，電極(1)、(3)、(6)、(8)均為板狀，輸出電極(3)、(6)的寬度與輸入電極(1)、(8)相同，長(zhǎng)度短于輸入電極(1)、(8)，使U型電極能有效地處于勻強(qiáng)電場(chǎng)中，連接導(dǎo)體(12)的作用是將輸出電極(3)和(6)連接導(dǎo)通，傳輸電流，在輸入正極(1)與輸出負(fù)極(3)之間、輸出負(fù)極(3)與輸出正極(6)之間、輸出正極(6)與輸入負(fù)極(8)之間分別有材料相同的電解質(zhì)(14)、(13)、(10)，電解質(zhì)(14)、(13)、(10)為工作負(fù)極，輸出負(fù)極(3)和輸入負(fù)極(8)與電解質(zhì)(14)、(13)和(10)是相互導(dǎo)通的，負(fù)極(3)和(8)權(quán)起到將電解質(zhì)(14)、(13)和(10)引出的作用，輸入正極(1)和輸出正極(6)采用電容器用高純度閥金屬材料制作，其電極表面生成氧化膜(15)、(11)，氧化膜(15)、(11)為工作介質(zhì)，起到正極(1)、(6)分別與電解質(zhì)(14)和(10)相互絕緣的作用，電解質(zhì)(14)、(13)、(10)采用電解電容器用工作電解質(zhì)，輸入負(fù)極(8)和輸出負(fù)極(3)可采用電容器用高純度與正極相同的材料，也可采用電容器用銀材料制作，連接導(dǎo)體(12)可以采用與負(fù)極(3)、(8)相同的材料，外殼(9)使內(nèi)部結(jié)構(gòu)與外界相互絕緣并密封保護(hù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)能長(zhǎng)期穩(wěn)定工作。
3.如權(quán)利要求2所述利用靜電場(chǎng)發(fā)電的發(fā)電裝置，其特征在于正極板(1)、(6)采用金屬板腐蝕型，電解質(zhì)采用硼酸銨乙二醇系統(tǒng)或鄰苯二甲酸——三乙胺——DMF系統(tǒng)或硼酸——三丁胺——DMF系統(tǒng)，并用電解電容器用電解紙吸附電解液與電極相接觸。
4.如權(quán)利要求2所述利用靜電場(chǎng)發(fā)電方法的發(fā)電裝置，其特征在于正電極(1)、(6)采用金屬粉燒結(jié)型結(jié)構(gòu)，電解質(zhì)使用硼酸二氫銨——乙二醇——水體系直接浸漬，或直接利用被覆固態(tài)二氧化錳電解質(zhì)。
5.如權(quán)利要求2所述，利用靜電場(chǎng)發(fā)電方法的發(fā)電裝置其特征在于輸入電極(1)、(8)和輸出電極(3)、(6)采用雙層電容器結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求2所述利用靜電場(chǎng)發(fā)電方法的發(fā)電裝置作為一種新型電源。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種利用靜電場(chǎng)發(fā)電方法及其裝置，由輸入正極(1)、輸入負(fù)極(8)、輸出正極(6)、輸出負(fù)極(3)、連接導(dǎo)體(12)、電解質(zhì)(14)、(13)、(10)電極引出頭(2)、(4)、(5)、(7)和外殼(9)組成。利用U形電極在電場(chǎng)力的作用下自由電荷運(yùn)動(dòng)，使U形電極兩端產(chǎn)生電勢(shì)差，達(dá)到對(duì)外電路閉合回路做功的目的。具有一次充電、長(zhǎng)久使用，高效節(jié)能無(wú)污染、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛用作工業(yè)、民用、軍事、航天等各種電源。
文檔編號(hào)H01M10/42GK1136226SQ9511987
公開(kāi)日1996年11月20日 申請(qǐng)日期1995年12月18日 優(yōu)先權(quán)日1995年12月18日
發(fā)明者黃井春 申請(qǐng)人:黃井春