專利名稱：以氧化還原反應產(chǎn)生電位的電池裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以氧化還原反應產(chǎn)生電位的電池裝置，其主要通過電性觸媒(Catalyst)技術(shù)，將正電化學阻尼效應用來氧化發(fā)電，負電化學阻尼效應產(chǎn)生還原反應，構(gòu)成物理的共振封閉回路，達到百分之百零污染、零排放的綠色能源。
背景技術(shù)：
燃料電池是化學生電的裝置，其中，氫及氧直接結(jié)合成水，合成反應所釋出的能量即為電能(Cell)。電池可分為酸性(Acid)及堿性(Alkaline)兩種性質(zhì)。據(jù)Arrhenius的酸堿離子理論，在水溶液中可以電離(Ionization)出氫氧根離子(0Γ)，并不會產(chǎn)生其他陰離子的化合物，亦即是提供氫氧根離子(OHO或吸收氫離子(H+)的化合物，稱為堿性。其中電離即是一物理性質(zhì)，表示在能量作用下，原子、分子形成離子的過程。若溶液中氫離子(H+)大于純水中氫離子的濃度的化合物，亦即溶解于水時釋出的陽離子全部都是氫離子 (H+)的化合物，或是電子(e_)的接受者，稱為酸性。故氧離子(02-)是氫氧根離子(OHO的共軛堿。O2^H2O — 20F請參閱圖2，將氫、氧氣為燃料時，先將純水20電解，此時，陽極放出電子為氧化反應，陰極得到電子為還原反應，稱為電解反應。圖2中，以氧化鋅21作為陽極，以碳棒22作為陰極，箭頭表示電荷流方向23。陽極2H20— 02+4H++4e陰極2H20+2e— H2+20H電解全反應2H20— 2H2+02反電解反應，即陽極加入氫氣，陰極加入氧氣，產(chǎn)生純水、電動勢、及熱(即是水蒸氣)，稱為氫氧燃料電堆。陽極H2— 2H++2e-Ea :0V陰極02+4H++4e-— 2H20Ec :1. 22PV反電解全反應2H2+02— 2H20+ 熱Ec-Ea = I. 22PV其中電解(Electrolysis)是一種化學反應,表示在能量作用于電解質(zhì)時,在陰極、陽極上引起的氧化還原反應的過程。當電解金屬-空氣燃料電堆時，以不同金屬當電極為酸性、單一金屬為電極為堿性。請參閱圖I。本發(fā)明以堿性的鋅-空氣燃料電堆為例；陽極Ζη+20!?！?Zn0+H20+2e_Ea :0V陰極02+2H20+4e-— 40FEc :1. 22PV充電反應2Zn+02— 2Zn0Ec-Ea = I. 22PV此化學反應產(chǎn)生電動勢外，還產(chǎn)生純水與熱。其中，電解液10為氫氧化鉀溶液(KOH);另還會吸收二氧化碳(CO2),導致燃料電池無法持續(xù)運作。圖I中作為陽極的為鋅板11，作為陰極的為碳棒12。圖I中,編號為K的為陰極；編號為A為陽極；標號為13的箭頭表示電子流的方向。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所提供的以氧化還原反應產(chǎn)生電位的電池裝置，其包含一電池槽裝置，其以鹽類水溶液為電解液，其陽極為不會與電解液產(chǎn)生化學反應的金屬，其陰極為具有導電性與呼吸孔隙的碳材料；該碳材料呼吸空氣并在空氣溶解于電解液中時釋出含有氫氧根的負離子；一電性觸媒裝置，其為電化學阻尼效應的催化劑，用以催化電池槽裝置內(nèi)的氧化反應與還原反應的進行；該電性觸媒裝置包含設(shè)置有脈沖產(chǎn)生器，以及電子釋出回路與電荷釋出回路；該脈沖產(chǎn)生器能夠產(chǎn)生的正、負脈沖；該正脈沖啟動電荷釋出回路而釋出電荷；負脈沖啟動電子釋出回路而釋出電子；該電性觸媒裝置對電池槽裝置釋出電子時，能夠使電池槽裝置內(nèi)產(chǎn)生反電解的還原反應，而在電池槽裝置的陽極與陰極之間產(chǎn)生電位差；該電性觸媒裝置對電池槽裝置釋出電荷時，能夠使電池槽裝置內(nèi)產(chǎn)生電解的氧化反應，而在電池槽裝置的陽極與陰極之間產(chǎn)生電位差；一緩沖電池裝置，其為具有重復充、放電能力的二次電池； 以及，一整流充電裝置，其能夠?qū)㈦姵夭垩b置所輸出的交流型態(tài)的電位轉(zhuǎn)成直流型態(tài)，并對緩沖電池裝置充電。實施時，該電性觸媒裝置釋出電子的化學阻尼效應是氧化發(fā)電，釋出電荷的化學阻尼效應是還原發(fā)電。實施時，該電性觸媒裝置所產(chǎn)生的電荷與電子的相位相差為180度。實施時，該電性觸媒裝置的電子釋出回路包含設(shè)置將頻率轉(zhuǎn)成電子的電晶體、電性阻尼共振艙及升壓變壓器。實施時，該電性觸媒裝置的電荷釋出回路包含設(shè)置將頻率轉(zhuǎn)成電荷的電晶體、電性阻尼共振艙、升壓變壓器。實施時，電池槽裝置的陽極金屬，為鋅、鋰、鋰合金其中之一。實施時，電池槽裝置的陰極碳材料為石墨、碳棒、納米碳管、碳纖維其中之一。實施時，電池槽裝置中的電解液為中性的海水。實施時，該緩沖電池裝置為酸性二次電池、堿性二次電池其中之一。實施時，該緩沖電池裝置為酸性二次電池、堿性二次電池或酸性二次電池、堿性二次電池并聯(lián)使用的共振電池。實施時，該整流充電裝置為一種能夠?qū)⒔涣鬓D(zhuǎn)換成直流的的轉(zhuǎn)換器。實施時，該電性觸媒裝置運作時所需的電源，由該緩沖電池裝置提供。本發(fā)明所提供的以氧化還原反應產(chǎn)生電位的電池裝置，其運用電性觸媒裝置所產(chǎn)生的負電化學阻尼效應所產(chǎn)生還原反應，能夠使電池槽裝置的內(nèi)部構(gòu)成物理的共振封閉回路，以物理反應取代化學變化，達到百分之百零污染、零排放的綠色能源。本發(fā)明的氧化放電、還原充電所產(chǎn)生的交流型態(tài)的電位，能夠通過整流充電裝置，轉(zhuǎn)換成直流型態(tài)而充入緩沖電池裝置內(nèi)，提高本發(fā)明自體發(fā)電的效益。


圖I為鋅-空氣燃料電堆的示意圖；圖2為現(xiàn)有氫氧產(chǎn)生器的示意圖；圖3為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖；圖4為本發(fā)明電池槽裝置的示意圖；圖5為電性觸媒裝置實施例的電路圖；圖6為酸性二次電池的等效電路結(jié)構(gòu)圖；圖7為堿性二次電池的等效電路結(jié)構(gòu)圖；圖8為共振電池的等效電路結(jié)構(gòu)圖。 附圖標記說明10_電解液；11_陽極；12_陰極；13_電子流方向；20_純水；21_氧化鋅；22_碳棒；23_電荷流方向；30_電池槽裝置；31_電解液；32_陽極；33_陰極；34_電極；40_電性觸媒；41_正、負脈沖產(chǎn)生器；42_電荷產(chǎn)生回路；421-電晶體；422_電化學阻尼器；423_變壓器；424_電荷輸出端；43_電子產(chǎn)生回路；431_電晶體；432_電化學阻尼器；423_變壓器；434_電子輸出端；44_中子輸出端；50_整流充電裝置；60_緩沖電池裝置；61_酸性二次電池；611-電感器；612-電容器；62_堿性二次電池；621_電感器；622_電容器;63-共振電池；P-陽極；N-陰極；A-陽極；K-陰極。
具體實施例方式請參閱圖3、圖4，本發(fā)明有關(guān)一種以金屬-空氣燃料電堆為再生能主體的電池裝置，亦為一種以氧化還原反應產(chǎn)生電位的電池裝置。本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)如圖3所示，其包含電池槽裝置30、電性觸媒裝置40、整流充電裝置50、緩沖電池裝置60。其中，電池槽裝置30以鹽類水溶液為電解液31，且其陽極32為不會與電解液31產(chǎn)生化學反應的金屬，其陰極33為具有導電性與呼吸孔隙的碳材料。該碳材料可呼吸空氣并在空氣溶解于電解液31中時釋出含有氫氧根的負離子。配合圖5，該電性觸媒裝置40，其為電化學阻尼效應的催化劑，用以催化電池槽裝置30內(nèi)的氧化反應與還原反應的進行。該電性觸媒裝置40對電池槽裝置30分別釋出電子與電荷，以催化電池槽裝置30內(nèi)的氧化反應與還原反應的進行。該電性觸媒裝置40對電池槽裝置30釋出電荷時，能夠使電池槽裝置30內(nèi)產(chǎn)生電解的氧化反應，而在電池槽裝置30的陽極32與陰極33之間產(chǎn)生電位差。該電性觸媒裝置40釋出電子時，產(chǎn)生負電化學阻尼效應，能夠使電池槽裝置30內(nèi)產(chǎn)生反電解的還原反應，而在電池槽裝置30的陽極32與陰極33之間產(chǎn)生電位差。負電化學阻尼效應產(chǎn)生還原反應，能夠使電池槽裝置30的內(nèi)部構(gòu)成物理的共振封閉回路，達到百分之百零污染、零排放的綠色能源。該電性觸媒裝置40所產(chǎn)生的電荷與電子的相位相差為180度。該緩沖電池裝置60，其為具有可重復充、放電能力的二次電池。該整流充電裝置50，其能夠?qū)㈦姵夭垩b置30所輸出的交流型態(tài)的電位轉(zhuǎn)成直流型態(tài)，并對緩沖電池裝置60充電。以前述現(xiàn)有的鋅-空氣燃料電堆為例，如圖I表示的反電解的氧化反應為充電反應2Ζη+02 — 2Zn0Ec-Ea = I. 22PV如圖2表示的電解的還原反應為充電反應
2H20 — 2H2+02 本發(fā)明將以上兩者結(jié)合成再同一電池槽裝置30內(nèi)作用，如圖4所示。該電解液31改成中性的海水，并將氧化與還原的化學反應(電解)，改為物理反應的電離方式，亦即充電與放電相位相差180度，并且在同一電池槽裝置30作用。茲以鋅-空氣燃料電堆為例，陽極32為鋅金屬，陰極33為可吸入氧氣(02)的碳材料。當電池槽裝置30獲得電子時，能夠使電池槽裝置30內(nèi)產(chǎn)生反電解的還原反應，則可再電池槽裝置30的陰、陽極33、32之間產(chǎn)生電位差。其反應方程式為陽極Ζη+20!?！?Zn0+H20+2e_Ea :0V陰極02+2H20+4e-— 40FEc :1. 22PV放電反應2Zn+02— 2Zn0Ec-Ea = I. 22PV 當電池槽裝置30獲得電荷(正電)時，能夠使電池槽裝置30內(nèi)產(chǎn)生反電解的氧化反應，則可再電池槽裝置30的陰、陽極33、32產(chǎn)生電位差。其反應方程式為陽極Ζη0+Η+— Zn+H20+2c+Ea :1. 22PV陰極O2+H2CHc+— H+Ec :0V充電反應2Zn0— Zn+02Ec-Ea = -I. 22PV前述中，該電性觸媒裝置40可對電池槽裝置30釋出電子或電荷，以觸發(fā)電池槽裝置30內(nèi)的氧化反應或還原反應。故該電性觸媒裝置40所釋出的電子與電荷分別為前述氧化反應與還原反應的催化劑。前述的放電反應與充電反應的催化過程中，都會放電且極性相反，且充電與放電相位相差180度(由電性觸媒裝置40控制)，即產(chǎn)生交流電堆。在將電堆經(jīng)該整流充電裝置50轉(zhuǎn)換成直流后，可對該緩沖電池裝置60充電。本發(fā)明著重于物理反應(電離)，需要以一離子產(chǎn)生裝置來完成反應。該電性觸媒裝置40即為一離子產(chǎn)生器。該電性觸媒裝置40，其可產(chǎn)生電荷(正離子)在電池槽裝置30內(nèi)，產(chǎn)生充電作用；其可產(chǎn)生電子(負離子)在電池槽裝置30內(nèi)，產(chǎn)生放電作用。該電性觸媒裝置40可稱之為電化學阻尼器。該電性觸媒裝置40包含一脈沖(Pulse)產(chǎn)生器41，以及電子釋出回路43與電荷釋出回路42。脈沖(Pulse)產(chǎn)生器41能夠產(chǎn)生正、負脈沖。其中，正脈沖可啟動電荷釋出回路而是出電荷，負脈沖可啟動電子釋出回路而是出電子。該電子釋出回路43包含設(shè)置可將頻率轉(zhuǎn)成電子的電晶體431、電性阻尼共振艙432、升壓變壓器433。該電荷釋出回路42包含設(shè)置可將頻率轉(zhuǎn)成電荷的電晶體421、電性阻尼共振艙422、升壓變壓器423。該電子釋出回路43與該電荷釋出回路42的變壓器433、423能夠分別在負尚子輸出端434輸出電子,在正尚子輸出端424輸出電荷，以及在中子電位端44輸出中性電位。由于電化學的充電與放電的氧化還原反應必須達到電荷守恒，等效于物理的共振效應，而其共振艙更需要本發(fā)明人的中國臺灣省第098128110號“無窮級共振艙的超級電感器”的無窮級共振艙技術(shù)。將電化學阻尼器422、432完成正電化反應與負電化反應，稱之為電性觸媒。電性觸媒裝置40所需的電源可來自于緩沖電池裝置60的P及N處。該電性觸媒裝置40所輸出的電子當強氧化劑，所輸出的電荷當強還原劑。該電性觸媒裝置40的電子與電荷的輸出端延伸至伸入該電池槽裝置30內(nèi)，且其電極34選擇強電子流電介質(zhì)的納米碳管。當正、負升壓變壓器OFF時，會有反電動勢產(chǎn)生，通過共振艙與正、負脈沖產(chǎn)生器構(gòu)成共振，并借以控制離子產(chǎn)生量；同時共振艙可以將脈沖產(chǎn)生器所產(chǎn)生的反電動勢吸收，致使電子與電荷輸出回路的運作更穩(wěn)定。前述緩沖電池裝置60可為圖6所示的酸性二次電池61。該酸性二次電池61由等效的電感器611，電容器612所組成，為并聯(lián)諧振型態(tài)。緩沖電池裝置60可為圖7所示的堿性二次電池62。該堿性二次電池62由等效的電感器621，電容器622所組成，為串聯(lián)諧振型態(tài)。可將圖6所示的酸性二次電池61與圖7堿性二次電池62作并聯(lián)使用的共振電池63，作為緩沖電池裝置60，如圖8所示。現(xiàn)有的鋅-空氣電池充電與放電行為，皆屬化學行為，故電解與反電解無法同時在同一個電池槽裝置內(nèi)進行。在氧化與還原反應進行過程中，電解水溶液(如Κ0Η)直接參與反應，如吸收C02，造成電堆本身中毒而無法運作，如將電解水溶液直接換成氯化鈉水溶液，會產(chǎn)生毒氣(氯氣)及NaOH。本發(fā)明的氧化充電與還原放電的反應過程中，電解液31只用于物理反應而不參與化學反應。電解液31除了不用純水外，可選擇中性的海水溶液。由于電解液31不做化學反應(即電解)，故不會有害的氣體產(chǎn)生。至于陰極33的電極材料選擇不參與反應的材料，如石墨、碳棒、納米碳管、碳纖維等。金屬電極32部分，排除容易與海水產(chǎn)生化學反應的鋰金屬(Li)以外的其他金屬。該金屬電極部分亦可為鋰合金。采物理反應時，容量密度由離子決定，因此，只要離子溶度增加，即使體積縮小，容量密度也是提聞。綜合上述，本發(fā)明所提供的以氧化還原反應產(chǎn)生電位的電池裝置，其運用電性觸媒裝置所產(chǎn)生的負電化學阻尼效應所產(chǎn)生還原反應，能夠使電池槽裝置的內(nèi)部構(gòu)成物理的共振封閉回路，以物理反應取代化學變化，達到百分之百零污染、零排放的綠色能源。又，本發(fā)明的氧化放電、還原充電所產(chǎn)生的交流型態(tài)的電位，能夠通過整流充電裝置，轉(zhuǎn)換成直流·型態(tài)而充入緩沖電池裝置內(nèi)，提高本發(fā)明自體發(fā)電的效益。以上說明對本發(fā)明而言只是說明性的，而非限制性的，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解，在不脫離所附說明書所限定的精神和范圍的情況下，可做出許多修改、變化或等效，但都將落入本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種以氧化還原反應產(chǎn)生電位的電池裝置，其特征在于，包含 一電池槽裝置，其以鹽類水溶液為電解液，其陽極為不會與電解液產(chǎn)生化學反應的金屬，其陰極為具有導電性與呼吸孔隙的碳材料；該碳材料呼吸空氣并在空氣溶解于電解液中時釋出含有氫氧根的負離子； 一電性觸媒裝置，其為電化學阻尼效應的催化劑，用以催化電池槽裝置內(nèi)的氧化反應與還原反應的進行；該電性觸媒裝置包含設(shè)置有脈沖產(chǎn)生器，以及電子釋出回路與電荷釋出回路；該脈沖產(chǎn)生器能夠產(chǎn)生的正、負脈沖；該正脈沖啟動電荷釋出回路而釋出電荷；負脈沖啟動電子釋出回路而釋出電子；該電性觸媒裝置對電池槽裝置釋出電子時，能夠使電池槽裝置內(nèi)產(chǎn)生反電解的還原反應，而在電池槽裝置的陽極與陰極之間產(chǎn)生電位差；該電性觸媒裝置對電池槽裝置釋出電荷時，能夠使電池槽裝置內(nèi)產(chǎn)生電解的氧化反應，而在電池槽裝置的陽極與陰極之間產(chǎn)生電位差； 一緩沖電池裝置，其為具有重復充、放電能力的二次電池； 以及， 一整流充電裝置，其能夠?qū)㈦姵夭垩b置所輸出的交流型態(tài)的電位轉(zhuǎn)成直流型態(tài)，并對緩沖電池裝置充電。
2.如權(quán)利要求I以氧化還原反應產(chǎn)生電位的電池裝置，其特征在于，該電性觸媒裝置釋出電子的化學阻尼效應是氧化發(fā)電，釋出電荷的化學阻尼效應是還原發(fā)電。
3.如權(quán)利要求I以氧化還原反應產(chǎn)生電位的電池裝置，其特征在于，該電性觸媒裝置所產(chǎn)生的電荷與電子的相位相差為180度。
4.如權(quán)利要求I以氧化還原反應產(chǎn)生電位的電池裝置，其特征在于，該電性觸媒裝置的電子釋出回路包含設(shè)置將頻率轉(zhuǎn)成電子的電晶體、電性阻尼共振艙及升壓變壓器。
5.如權(quán)利要求I以氧化還原反應產(chǎn)生電位的電池裝置，其特征在于，該電性觸媒裝置的電荷釋出回路包含設(shè)置將頻率轉(zhuǎn)成電荷的電晶體、電性阻尼共振艙、升壓變壓器。
6.如權(quán)利要求I所述之以氧化還原反應產(chǎn)生電位的電池裝置，其特征在于，電池槽裝置的陽極金屬，為鋅、鋰、鋰合金其中之一。
7.如權(quán)利要求I所述之以氧化還原反應產(chǎn)生電位的電池裝置，其特征在于，電池槽裝置的陰極碳材料為石墨、碳棒、納米碳管、碳纖維其中之一。
8.如權(quán)利要求I所述之以氧化還原反應產(chǎn)生電位的電池裝置，其特征在于，電池槽裝置中的電解液為中性的海水。
9.如權(quán)利要求I所述之以氧化還原反應產(chǎn)生電位的電池裝置，其特征在于，該緩沖電池裝置為酸性二次電池、堿性二次電池其中之一。
10.如權(quán)利要求I所述之以氧化還原反應產(chǎn)生電位的電池裝置，其特征在于，該緩沖電池裝置為酸性二次電池、堿性二次電池或酸性二次電池、堿性二次電池并聯(lián)使用的共振電池。
11.如權(quán)利要求I所述之以氧化還原反應產(chǎn)生電位的電池裝置，其特征在于，該整流充電裝置為一種能夠?qū)⒔涣鬓D(zhuǎn)換成直流的轉(zhuǎn)換器。
12.如權(quán)利要求I所述之以氧化還原反應產(chǎn)生電位的電池裝置，其特征在于，該電性觸媒裝置運作時所需的電源，由該緩沖電池裝置提供。
全文摘要
一種以氧化還原反應產(chǎn)生電位的電池裝置，其包含一電池槽裝置、一電性觸媒裝置、一緩沖電池裝置，一整流充電裝置。該電池槽裝置以各式鹽類水溶液為電解液，其陽極為不會與電解液產(chǎn)生化學反應的金屬，其陰極為具有導電性與呼吸孔隙的碳材料。該碳材料可呼吸空氣并在空氣溶解于電解液中時釋出含有氫氧根的負離子。該電池槽裝置經(jīng)電性觸媒的電化學阻尼效應催化作用，用予催化發(fā)電，再經(jīng)由整流充電裝置將電能充入緩沖電池裝置中，產(chǎn)生電學共振效應而成的發(fā)電電池。本發(fā)明能兼顧無毒、無廢熱、無噪音、以及零排放的自體發(fā)電的電池裝置。
文檔編號H01M12/06GK102891346SQ20111020323
公開日2013年1月23日 申請日期2011年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月20日
發(fā)明者徐夫子, 凃杰生 申請人:徐夫子, 凃杰生