专利摘要
本实用新型公开了一种依赖环境湿度差的光催化发电装置。该发电装置包括由湿度差驱动的光催化发电单元、蓄电组件（5）及太阳光收集发射组件（4）。所述湿度差驱动的光催化发电单元从一侧至另一侧，依次包括阳极气体流道（12）、筛网式光电阳极材料（1）、透湿质子交换膜（2）、筛网式阴极材料（3）、阴极气体流道（13）。该装置的光催化发电单元在光照条件下，通过光催化电化学反应，将阳极、阴极气体流道内的气体湿度差势能转化为电能储存在蓄电组件内。本实用新型装置将湿度差势能转化为电能，以广泛存在的环境湿度差为原料，以太阳能为能源驱动，来源广泛，原料清洁可持续；同时，装置简单紧凑、安全可靠，无运动部件，无固定设备，制作简单。
权利要求
1.一种依赖环境湿度差的光催化发电装置，其特征在于，包括湿度差驱动的光催化发电单元、蓄电组件（5）以及太阳光收集发射组件（4）；
所述湿度差驱动的光催化发电单元从一侧至另一侧，依次包括阳极气体流道（12）、筛网式光电阳极材料（1）、透湿质子交换膜（2）、筛网式阴极材料（3）和阴极气体流道（13）；其中，筛网式光电阳极材料（1）、透湿质子交换膜（2）和筛网式阴极材料（3）共同组成光催化发电单元的电极组件；
所述阳极气体流道（12）和阴极气体流道（13）均设置有进气口和出气口；所述阳极气体流道（12）和阴极气体流道（13）的进气口外均装有变频风机；
所述阳极气体流道（12）的进气口设置有一号风阀（8）和一号温湿度传感器（10），所述阳极气体流道（12）的内部安装有一号流量传感器（14），所述阳极气体流道（12）的出气口设置有二号温湿度传感器（16）；
所述阴极气体流道（13）的进气口设置有二号风阀（9）和三号温湿度传感器（11），所述阴极气体流道（13）的内部安装有二号流量传感器（15），所述阴极气体流道（13）的出气口设置有四号温湿度传感器（17）；
所述筛网式光电阳极材料（1）和筛网式阴极材料（3）均为多孔筛网结构；所述筛网式光电阳极材料（1）与筛网式阴极材料（3）上分别含有阳极光电催化剂和阴极催化剂；所述筛网式光电阳极材料（1）与筛网式阴极材料（3）经由导线与蓄电组件（5）相连接，且连接电路中接有电流表和电压表；
所述太阳光收集发射组件（4）置于光催化发电单元的靠近阳极气体流道（12）一侧，具有收集太阳光的功能并能将收集的太阳光照射在阳极气体流道（12）上。
2.根据权利要求1所述的一种依赖环境湿度差的光催化发电装置，其特征在于，所述阳极气体流道（12）的管壁材料为可透光的绝缘不透气材料；所述阴极气体流道（13）的管壁材料为绝缘不透气材料。
3.根据权利要求1所述的一种依赖环境湿度差的光催化发电装置，其特征在于，所述透湿质子交换膜（2）为同时具备选择性透过水分子和氢离子能力的高性能电解质膜，包括双极膜或两性膜。
4.根据权利要求1所述的一种依赖环境湿度差的光催化发电装置，其特征在于，所述筛网式光电阳极材料（1）和筛网式阴极材料（3）均为采用包括筛网印刷法、转印法或喷射法，将阳极光电催化剂或阴极催化剂微粒分别紧密附着于金属筛网骨架的表面制备得到。
5.根据权利要求1所述的一种依赖环境湿度差的光催化发电装置，其特征在于，所述阳极光电催化剂为具有催化光电效应的材料，为包括TiO
6.根据权利要求1所述的一种依赖环境湿度差的光催化发电装置，其特征在于，所述阳极气体流道（12）和阴极气体流道（13）的管道形状为有棱的、无棱的、竖直的或者弯曲的形状。
7.根据权利要求1所述的一种依赖环境湿度差的光催化发电装置，其特征在于，所述太阳光收集发射组件（4）为具有反射及折射部件、具有包括平面、曲面或锯齿面结构的且能将无效区域的太阳光收集到有效区域的组件。
8.根据权利要求1所述的一种依赖环境湿度差的光催化发电装置，其特征在于，所述筛网式光电阳极材料（1）和筛网式阴极材料（3）与透湿质子交换膜（2）连接的界面上均有紧密接触的接触点；当阳极气体流道（12）通入高湿度空气，而阴极气体流道（13）通入低湿度空气时，阳极气体流道（12）内的高湿度空气通过阳极侧多孔筛网结构接近接触点，在太阳光照射下，空气内水蒸气在阳极侧多孔筛网结构上阳极光电催化剂的作用下发生光分解产生质子；同时，质子在阳极侧与湿空气中的水分子发生水合作用，形成水合氢离子；与此同时，阴极气体流道（13）内通入低湿度空气，透湿质子交换膜（2）产生由高湿度一侧指向低湿度一侧的湿度差，在该湿度差的驱动下，水合氢离子穿过透湿质子交换膜（2）移至阴极侧；水合氢离子的定向移动使得光催化反应产生的电子相应移动，产生电流，产生发电效果。
9.根据权利要求8所述的一种依赖环境湿度差的光催化发电装置，其特征在于，空气在阳极气体流道（12）和阴极气体流道（13）内的流动方式包括顺流、逆流或错流。
10.根据权利要求1所述的一种依赖环境湿度差的光催化发电装置，其特征在于，所述湿度差驱动的光催化发电单元为一个以上，且多个湿度差驱动的光催化发电单元的组合方式包括串联式、并联式、复叠式、组合式或多级式。
说明书
技术领域
本实用新型涉及湿度差发电装置技术领域，特别涉及一种环境湿度差驱动的光催化发电装置。
背景技术
在快速发展的当今世界，随着地球上的煤、石油、天然气等非可再生能源的快速消耗，能源问题开始成为决定发展的首要问题，于是人们开始探索太阳能、地热能、水能、风能、生物能、海洋能等可再生能源。
然而，除了生物能、风能、地热能等可再生能源以外，还有一种长期被人们忽视的能源。环境湿度差势能也是一种潜在的可再生能源，湿度差于地理环境中有着广泛的空间上和时间上的存在，并且广泛存在于空气调节系统中，是一种清洁而稳定的能源。比如我国广大的东南部沿海地区，每年的3到6月份空气的湿度都维持在相当高的水平；而在室内为了保持舒适的居住环境，人们通常人为的降低室内的空气湿度。在这个时候，在室内和室外的空气之间就存在着湿度差势能。如果说对于家庭居室来说，能够产生的湿度差势能比较小，那么对于一些大型商场、办公楼、或工厂及工程项目来说，其运转过程中能够产生的湿度差势能则是相当可观的。因此，若能将湿度差势能转化为电能加以利用，这一新增的能源利用方式将有望使得社会能源问题得到缓解。
目前尚未有人发表关于湿度差发电的研究成果。以环境湿度差为能源的系统有着清洁稳定、来源广泛、不受空间限制及不易引起酸碱腐蚀问题等诸多优势。因此利用环境湿度差资源进行发电，不仅能创造巨大的经济效益，同时，利用清洁的能源也将有助于环境质量的改善与保持。
太阳能作为一种无害普遍长久而巨大的一次能源有着巨大的应用潜力。但由于技术限制，人类对于太阳能的利用并不充分。1967年，藤岛昭教授发现，借助光的力量可以促进氧化分解反应。后来证实一些半导体材料(如二氧化钛)在太阳光的照射下电子会发生跃迁，产生光生电子-空穴对，对一些氧化分解反应起到促进作用。但目前尚未有人将太阳能同湿度差发电结合起来。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术中的缺点和不足之处，提供了一种依赖环境湿度差的光催化发电装置。
本实用新型的目的通过如下技术方案实现。
一种依赖环境湿度差的光催化发电装置，包括湿度差驱动的光催化发电单元、蓄电组件以及太阳光收集发射组件；
所述湿度差驱动的光催化发电单元从一侧至另一侧，依次包括阳极气体流道、筛网式光电阳极材料、透湿质子交换膜、筛网式阴极材料和阴极气体流道；其中，筛网式光电阳极材料、透湿质子交换膜和筛网式阴极材料共同组成光催化发电单元的电极组件；
所述阳极气体流道和阴极气体流道均设置有进气口和出气口；所述阳极气体流道和阴极气体流道的进气口外均装有变频风机；
所述阳极气体流道的进气口设置有一号风阀和一号温湿度传感器，所述阳极气体流道的内部安装有一号流量传感器，所述阳极气体流道的出气口设置有二号温湿度传感器；
所述阴极气体流道的进气口设置有二号风阀和三号温湿度传感器，所述阴极气体流道的内部安装有二号流量传感器，所述阴极气体流道的出气口设置有四号温湿度传感器；
所述筛网式光电阳极材料和筛网式阴极材料均为多孔筛网结构；所述筛网式光电阳极材料与筛网式阴极材料上分别含有阳极光电催化剂和阴极催化剂；所述筛网式光电阳极材料与筛网式阴极材料经由导线与蓄电组件相连接，以便光催化发电单元产生的电能被及时储存在蓄电装置内，且连接电路中接有电流表和电压表；
所述太阳光收集发射组件置于光催化发电单元的靠近阳极气体流道一侧，具有收集太阳光的功能并能将收集的太阳光照射在阳极气体流道上。
优选的，所述阳极气体流道的管壁材料为可透光的绝缘不透气材料，确保经太阳光收集发射组件射出的光线透过阳极气体流道的管壁，照射在筛网式光电阳极材料上，发生光电催化反应。
优选的，所述阴极气体流道的管壁材料为绝缘不透气材料。
优选的，所述透湿质子交换膜为同时具备选择性透过水分子和氢离子能力的高性能电解质膜，包括双极膜或两性膜；透湿质子交换膜通过包括有机/无机纳米复合法、催化聚合法或辐射接枝法制备得到。
优选的，所述筛网式光电阳极材料和筛网式阴极材料均为采用包括筛网印刷法、转印法或喷射法，将阳极光电催化剂或阴极催化剂微粒分别紧密附着于金属筛网骨架的表面制备得到。
优选的，所述阳极光电催化剂为具有催化光电效应的材料，为包括TiO2、ZnO或WO3的半导体材料，或者为包括杂多酸的非半导体材料。
优选的，所述阴极催化剂为可催化电子与氧气和质子反应生成水的还原反应催化剂材料，包括贵金属Pt、Ir或Ru，或者贵金属Pt、Ir 和Ru中的一种以上的合金、磷化物、碳化物或负载物。
优选的，所述阳极气体流道和阴极气体流道的管道形状为有棱的、无棱的、竖直的或者弯曲的形状。
优选的，所述太阳光收集发射组件为具有反射及折射部件、具有包括平面、曲面或锯齿面结构的且能将无效区域的太阳光收集到有效区域的组件。
优选的，所述筛网式光电阳极材料和筛网式阴极材料与透湿质子交换膜连接的界面上均有紧密接触的接触点；当阳极气体流道通入高湿度空气，而阴极气体流道通入低湿度空气时，阳极气体流道内的高湿度空气通过阳极侧多孔筛网结构接近接触点，在太阳光照射下，空气内水蒸气在阳极侧多孔筛网结构上阳极光电催化剂的作用下发生光分解产生质子；同时，质子在阳极侧与湿空气中的水分子发生水合作用，形成水合氢离子；与此同时，阴极气体流道内通入低湿度空气，透湿质子交换膜产生由高湿度一侧指向低湿度一侧的湿度差，在该湿度差的驱动下，水合氢离子穿过透湿质子交换膜移至阴极侧；水合氢离子的定向移动使得光催化反应产生的电子相应移动，产生电流，产生发电效果；而在阴极侧的电子与质子和氧气发生反应生成水。
阳极侧流道内的气体湿度高于阴极侧流道内的气体湿度，两者间的的湿度差势能将转化为电能储存在蓄电装置内。
更优选的，空气在阳极气体流道和阴极气体流道内的流动方式包括顺流、逆流或错流。
优选的，所述湿度差驱动的光催化发电单元为一个以上，且多个湿度差驱动的光催化发电单元的组合方式包括串联式、并联式、复叠式、组合式或多级式。
本实用新型装置的催化发电原理为：
当太阳光照射在阳极气体流道一侧时，在太阳光的作用下，筛网式光电阳极材料催化层中的光电催化剂电子被激发，产生光生电子-空穴对；其中，光生电子为e
与现有技术相比，本实用新型具有如下优点和有益效果：
本实用新型的依赖环境湿度差的光催化发电装置以湿度差为原料，以太阳能为能源驱动，来源广泛，原料清洁可持续；同时，该装置简单紧凑、安全可靠，无运动部件，无固定设备，制作简单，装置无腐蚀、气泡堵塞等问题，具有理论和实践的实施可行性。
附图说明
图1为具体实施例中基于依赖环境湿度差的光催化发电装置的光催化发电单元的结构示意图；
图2为具体实施例中基于依赖环境湿度差的光催化发电装置的电极组件的结构示意图；
图3为具体实施例中基于依赖环境湿度差的光催化发电装置的光催化发电单元的工作原理示意图；
图4为具体实施例中基于依赖环境湿度差的光催化发电装置采用多个光催化发电单元并联组合的示意图；
图5为具体实施例中基于依赖环境湿度差的光催化发电装置采用多个光催化发电单元串联组合的示意图；
图6为具体实施例中基于依赖环境湿度差的光催化发电装置采用多个光催化发电单元串联/并联复合组合的示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施例及附图对本实用新型的技术方案作进一步清晰、完整、详细的描述，但本实用新型的保护范围及实施方式不限于此。显然，所描述的实例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于以下实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。
具体实施例中，一种依赖环境湿度差的光催化发电装置，包括湿度差驱动的光催化发电单元、蓄电组件5以及太阳光收集发射组件4；
湿度差驱动的光催化发电单元从一侧至另一侧，依次包括阳极气体流道12、筛网式光电阳极材料1、透湿质子交换膜2、筛网式阴极材料3和阴极气体流道13，结构示意图如图1所示；
其中，筛网式光电阳极材料1、透湿质子交换膜2和筛网式阴极材料3共同组成光催化发电单元的电极组件，结构示意图如图2所示；筛网式光电阳极材料1和筛网式阴极材料3均为多孔筛网结构(如图2 中18所示)；筛网式光电阳极材料1与筛网式阴极材料3上分别含有阳极光电催化剂和阴极催化剂；
筛网式光电阳极材料1和筛网式阴极材料3均为采用包括筛网印刷法、转印法或喷射法，将阳极光电催化剂或阴极催化剂微粒分别紧密附着于金属筛网骨架的表面制备得到；采用的阳极光电催化剂为具有催化光电效应的材料，为包括TiO2、ZnO或WO3的半导体材料，或者为包括杂多酸的非半导体材料；采用的阴极催化剂为可催化电子与氧气和质子反应生成水的还原反应催化剂材料，包括贵金属Pt、Ir或 Ru，或者贵金属Pt、Ir和Ru中的一种以上的合金、磷化物、碳化物或负载物；
筛网式光电阳极材料1与筛网式阴极材料3经由导线与蓄电组件 5相连接，且连接电路中接有电流表和电压表；
透湿质子交换膜2为同时具备选择性透过水分子和氢离子能力的高性能电解质膜，包括双极膜或两性膜；筛网式光电阳极材料1和筛网式阴极材料3与透湿质子交换膜2连接的界面上均有紧密接触的接触点；
阳极气体流道12和阴极气体流道13均设置有进气口和出气口；阳极气体流道12和阴极气体流道13的进气口外均装有变频风机；阳极气体流道12的管壁材料为可透光的绝缘不透气材料；阴极气体流道13的管壁材料为绝缘不透气材料；阳极气体流道12和阴极气体流道 13的管道形状为有棱的、无棱的、竖直的或者弯曲的形状；
阳极气体流道12的进气口设置有一号风阀8和一号温湿度传感器10，阳极气体流道12的内部安装有一号流量传感器14，阳极气体流道12的出气口设置有二号温湿度传感器16；
阴极气体流道13的进气口设置有二号风阀9和三号温湿度传感器11，阴极气体流道13的内部安装有二号流量传感器15，阴极气体流道13的出气口设置有四号温湿度传感器17；
光催化发电单元的工作原理示意图如图3所示，太阳光照射在阳极气体流道一侧时，在光的作用下，筛网式阳极材料催化层中的光催化剂电子被激发，产生光生电子-空穴对；其中，光生电子为e
装置运行时，阳极气体流道12通入高湿度空气，而阴极气体流道13通入低湿度空气，阳极气体流道12内的高湿度空气通过阳极侧多孔筛网结构接近接触点，在太阳光照射下，空气内水蒸气在阳极侧多孔筛网结构上阳极光电催化剂的作用下发生光分解产生质子；同时，质子在阳极侧与湿空气中的水分子发生水合作用，形成水合氢离子；与此同时，阴极气体流道13内通入低湿度空气，透湿质子交换膜2产生由高湿度一侧指向低湿度一侧的湿度差，在该湿度差的驱动下，水合氢离子穿过透湿质子交换膜2移至阴极侧；水合氢离子的定向移动使得光催化反应产生的电子相应移动，产生电流，产生发电效果；而在阴极侧的电子与质子和氧气发生反应生成水；其中，空气在阳极气体流道12和阴极气体流道13内的流动方式包括顺流、逆流或错流；
湿度差驱动的光催化发电单元为一个以上，且多个湿度差驱动的光催化发电单元的组合方式包括串联式、并联式、复叠式、组合式或多级式；
图4、图5和图6分别为采用多个光催化发电单元并通过并联、串联和串/并联复合的形式进行组合的示意图；
其中，采用多个光催化发电单元并联组合的示意图如图4所示；发电过程中，首先打开一号变频风机19和二号变频风机20，使得高湿空气和低湿空气分别流过第二个光催化发电单元21至第n个光催化发电单元22，然后再分别汇成一股，流入环境空气中；然后打开光照射组件，在光催化作用以及湿度差的驱动下，各个发电单元产生电能并经过回路汇集到蓄电装置中；
采用多个光催化发电单元串联组合的示意图如图5所示，不同于并联组合方式，发电过程中，高湿空气和低湿空气分别以串联的形式流过第二个光催化发电单元21至第n个光催化发电单元22，再流入环境空气中；
采用多个光催化发电单元串/并联复合组合的示意图如图6所示，从横向看，每一行的光催化发电单元以串联方式相互连接；从纵向看，每一列的光催化发电单元以并联方式连接；各个光催化发电单元产生电能并经过回路汇集到蓄电装置中；
太阳光收集发射组件4为具有反射及折射部件、具有包括平面、曲面或锯齿面结构的且能将无效区域的太阳光收集到有效区域的组件；太阳光收集发射组件4置于光催化发电单元的靠近阳极气体流道12一侧，具有收集太阳光的功能并能将收集的太阳光照射在阳极气体流道2 上。
以上实施例为本实用新型的较优实施例，而不是全部的实施例，仅在于对本实用新型的技术方案作进一步清晰、完整、详细的描述。基于以上实施例，其他任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化等在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
一种依赖环境湿度差的光催化发电装置专利购买费用说明
Q：办理专利转让的流程及所需资料
A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。
1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。
2：按规定缴纳著录项目变更手续费。
3：同时提交相关证明文件原件。
4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。
Q:专利著录项目变更费用如何缴交
A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式
Q：专利转让变更，多久能出结果
A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。
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