专利摘要
公开了一种基于太阳能的热驱动离子电渗电池及其发电方法，热驱动离子电渗电池中，第一温度腔室内设有表面光热材料、强化换热材料和第一电极，所述第一温度腔室上壁面能够完全透光，第二温度腔室经由可通过阳离子的纳米薄膜连接所述第一温度腔室，所述第二温度腔室设有第二电极，所述第一电极和第二电极都浸没于无机透明电解质溶液中，外电路连接所述第一电极和第二电极，第一温度腔室的第一温度高于第二温度腔室的第二温度。
权利要求
1.一种基于太阳能的热驱动离子电渗电池，其包括，
第一温度腔室，其内设有表面光热材料、强化换热材料和第一电极，所述第一温度腔室上壁面能够完全透光，
第二温度腔室，其经由可通过阳离子的纳米薄膜连接所述第一温度腔室，所述第二温度腔室设有第二电极，
第一电极和第二电极，分别浸于第一温度腔室和第二温度腔室中的无机透明电解质溶液，
外电路，其连接所述第一电极和第二电极，其中，
第一温度腔室的第一温度高于第二温度腔室的第二温度。
2.如权利要求1所述的基于太阳能的热驱动离子电渗电池，其中，所述纳米薄膜为阳离子选择性交换膜，其具有表层带负电荷的离子通道。
3.如权利要求1所述的基于太阳能的热驱动离子电渗电池，其中，所述表面光热材料包括碳基光热转化材料，其受光面表面积等于第一温度腔室竖直方向横截面积。
4.如权利要求1所述的基于太阳能的热驱动离子电渗电池，其中，所述强化换热材料为多孔金属材料，其上表面与表面光热材料下表面连接固定，竖直方向横截面积与表面光热材料一致。
5.如权利要求1所述的基于太阳能的热驱动离子电渗电池，其中，所述强化换热材料的位置漂浮溶液中、浮于液体表面或沉于溶液底部，其空间几何位置由多孔材料的密度和通孔率决定。
6.如权利要求1所述的基于太阳能的热驱动离子电渗电池，其中，所述第一温度腔室上壁面由完全透光材料制成。
7.一种权利要求1-6中任一项所述的基于太阳能的热驱动离子电渗电池的发电方法，其包括以下步骤，
第一步骤，太阳光透过第一温度腔室上壁照射其内的碳基表面光热材料以发生分子热振动，碳基光热材料吸收光能并转化为热能，
第二步骤，光热材料产生的热能通过自然对流传递给第一温度腔室内的溶液，同时通过热传导传递给其下的强化换热材料从而增加对流换热面积，在两种换热过程的同时作用下快速提升第一温度腔室内溶液的温度，
第三步骤，第一温度腔室和第二温度腔室的温差导致腔室内溶液的离子产生电化学势能差，使得第二温度腔室的阳离子通过纳米薄膜进入第一温度腔室，在薄膜中纳米通道的作用下产生离子电流，完成发电。
说明书
技术领域
本发明涉及离子电池技术领域，特别是一种基于太阳能的热驱动离子电渗电池及放电方法。
背景技术
随着传统能源资源短缺及环境污染问题日益加剧，对清洁能源的需求日益增加，新能源电池技术受到广泛关注。电池即能够利用其他能源驱动离子和电子定向转运从而转化成电能的装置。其中，太阳能作为一种可再生的清洁能源蕴藏着巨大能量，太阳能利用、太阳能材料相关技术的开发在世界范围内引起了重视。将太阳能转化为电能，是有效解决能源危机的方法之一。
太阳能电池分为两种，一是基于固体半导体光伏效应的光伏电池，其研究多年，已有商业应用，但其光电转化效率较低，且易对环境造成污染；另一种是光-热-电转化，通过太阳辐射产生的热能将水变为水蒸气，水蒸气进入汽轮机中做机械功发电，成本较高，效率极低，难以商业运用。
为提高光-热-电转化效率，充分利用太阳能，现有许多不同的实施方案。如采用分频器，将太阳光分波段吸收和转化。然而上述实施方案存在系统复杂，能源转化效率低等问题，需要分频器将短、长波长光能区分后利用，且光热和热电模块分离，需要中间传输介质(如导热油)，且中间传输距离长，不可避免地造成了能量的损失，限制了发电效率的提升。
背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于太阳能的热驱动离子电渗电池及发电方法，其集光热-热电于一体。本发明的目的是通过以下技术方案予以实现。
一种基于太阳能的热驱动离子电渗电池包括，
第一温度腔室，其内设有表面光热材料、强化换热材料和第一电极，所述第一温度腔室上壁面能够完全透光，
第二温度腔室，其经由可通过阳离子的纳米薄膜连接所述第一温度腔室，所述第二温度腔室设有第二电极，
第一电极和第二电极，都分别浸于第一温度腔室和第二温度腔室内的无机透明电解质溶液，
外电路，其连接所述第一电极和第二电极，其中，
第一温度腔室的第一温度高于第二温度腔室的第二温度。
所述的基于太阳能的热驱动离子电渗电池中，所述纳米薄膜为阳离子选择性交换膜如商业nafion膜，具有表层带负电荷的离子通道。
所述的基于太阳能的热驱动离子电渗电池中，所述表面光热材料包括碳基光热转化材料如多孔碳纳米管等制成的纤维薄膜，其受光面表面积等于第一温度腔室竖直方向横截面积。
所述的基于太阳能的热驱动离子电渗电池中，所述强化换热材料为多孔金属材料如泡沫铜但不限于泡沫铜，其上表面与表面光热材料下表面连接固定，用于强化表面光热材料与溶液之间的换热效果，竖直方向横截面积与表面光热材料一致。
所述的基于太阳能的热驱动离子电渗电池中，所述强化换热材料的位置包括但不限于漂浮溶液中，亦可根据需求浮于液体表面或沉于溶液底部，其空间几何位置主要由多孔材料的密度和通孔率决定。
所述的基于太阳能的热驱动离子电渗电池中，所述强化换热材料的导热系数与换热面积决定了强化换热的强度，在能够满足空间几何条件和换热材料一定的前提下，应尽可能增大多孔材料换热面积，即增加其孔隙率。
所述的基于太阳能的热驱动离子电渗电池中，所述第一温度腔室上壁面由完全透光材料如石英玻璃制成。
根据本发明另一方面，一种所述的基于太阳能的热驱动离子电渗电池的发电方法，其包括以下步骤，
第一步骤，太阳光透过第一温度腔室上壁照射其内的碳基表面光热材料以发生分子热振动，碳基光热材料吸收光能并转化为热能，
第二步骤，光热材料产生的热能通过自然对流传递给第一温度腔室内的溶液，同时通过热传导传递给其下的强化换热材料从而增加对流换热面积，在两种热过程的同时作用下快速提升第一温度腔室内溶液的温度，
第三步骤，第一温度腔室和第二温度腔室的温差导致腔室内溶液的离子产生电化学势能差，使得第二温度腔室的阳离子通过纳米薄膜进入第一温度腔室，在薄膜中纳米通道的作用下产生离子电流，完成发电。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明基于电渗膜的选择性离子通道，实现了温度驱动下的离子单向输运，为温差发电电池，并通过添加表面光热材料和强化换热材料，有效地集成了光热-热电模块，有利于简化太阳能利用系统，提升太阳能利用效率。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够使得本发明的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本发明的具体实施方式进行举例说明。
附图说明
通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本发明各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。
在附图中：
图1是根据本发明一个实施例的基于表面光热材料的光热驱离子电池的结构示意图；
其中，1-第一电极；2-第一电极密封材料；3-强化换热材料；4-表面光热材料；5-第一温度腔室；6-外电路；7-纳米薄膜；8-第二温度腔室；9-第二电极；10-第二电极密封材料；
图2是根据本发明一个实施例的基于太阳能的热驱动离子电渗电池的纳米薄膜中离子通道的结构示意图；
其中，阴阳离子的分布为两腔室无浓度梯度也无温度梯度时阳离子做主导的离子运动状态示意；
图3是根据本发明一个实施例的基于太阳能的热驱动离子电渗电池的第一电极和第二电极密封材料的结构示意图；
图4是根据本发明一个实施例的放电方法的步骤示意图。
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的解释。
具体实施方式
下面将参照附图1至附图4更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本发明实施例的限定。
为了更好地理解，如图1所示，一种基于太阳能的热驱动离子电渗电池包括，
第一温度腔室5，其内设有表面光热材料4、强化换热材料3和第一电极1，所述第一温度腔室5上壁面能够完全透光，
第二温度腔室8，其经由可通过阳离子的纳米薄膜7连接所述第一温度腔室5，所述第二温度腔室8设有第二电极9，
第一电极1和第二电极9，均浸于无机透明电解质溶液中，
外电路6，其连接所述第一电极1和第二电极9，其中，
第一温度腔室5的第一温度高于第二温度腔室8的第二温度。
为了更好地理解，如图1所示，一种基于太阳能的热驱动离子电渗电池包括如高温腔室的第一温度腔室5及其内的如高温电极的第一电极1、如低温腔室的第二温度腔室8及其内的如低温电极的第二电极9、设置在高温和低温腔室中间的纳米薄膜7和联通两腔室电极的外电路6。所述低温腔室内充满无机透明电解质溶液，高温腔室内充满含有表面光热材料和强化换热材料的无机透明电解质溶液。
在一个实施例中，如图2所示，所述的纳米薄膜7含有表面带负电荷的纳米离子通道11，为阳离子选择性交换膜。
在一个实施例中，如图3所示，所述的密封材料2、10为防水耐腐蚀的透明通孔橡胶塞，密封材料穿过并固定在腔室壁13上，其中导线12穿过橡胶塞连接电极，导线12与橡胶塞2、10之间为过盈配合。
在一个实施例中，高温腔室内的溶液含碳基材料制成的薄膜作为表面光热材料，其受光面表面积等于第一腔室竖直方向的横截面积，且此腔室上壁面由高透光材料制成如石英玻璃。
所述的基于太阳能的热驱动离子电渗电池的优选实施例中，所述纳米离子通道包括带负电荷的表层。依照双电层原理，通过多孔半导体薄膜内纳米孔径形成的选择性阳离子通道，实现温差驱动下的离子迁移。通过在高温腔体内的电解质溶液中加入表面光热材料，将光热-热电模块集成于一体，有利于简化太阳能利用系统。
所述的基于太阳能的热驱动离子电渗电池的优选实施例中，所述强化换热材料的位置包括但不限于漂浮溶液中，亦可根据需求浮于液体表面或沉于溶液底部，其空间几何位置主要由多孔材料的密度和通孔率决定。
所述的基于太阳能的热驱动离子电渗电池中，所述强化换热材料的导热系数与换热面积决定了强化换热的强度，在能够满足空间几何条件和换热材料一定的前提下，应尽可能增大多孔材料换热面积，即增加其孔隙率。
所述的基于太阳能的热驱动离子电渗电池的优选实施例中，所述强化换热材料与表面光热材料由厚度仅为0.1mm的导热胶连接，热阻可忽略不计。
所述的基于太阳能的热驱动离子电渗电池的优选实施例中，所述无机透明电解质溶液，选择KCl溶液，KCl为强电解质，相同温差下，电化学势值变化更大，即会有更多的化学能转化为电能。
根据本发明一个实施例，一种所述的基于太阳能的热驱动离子电渗电池的选择性离子通道为圆形孔通道11，如图2所示。半导体薄膜上的圆形孔形成了带负电荷的表层，当孔径减小到一定程度(即2-30nm)，上下表层的双电层重合，依照库仑定律，孔内仅能通过带异性电荷的离子，即阳离子，实际情况下为大部分阳离子。
如图4所示，一种所述的基于太阳能的热驱动离子电渗电池的发电方法包括以下步骤，
第一步骤S1，太阳光透过第一温度腔室5照射其内的表面光热材料4以发生分子热振动，表面光热材料4吸收光能并转化为热能，
第二步骤S2，光热材料4产生的热能通过自然对流传递给第一温度腔室内的溶液，同时通过热传导传递给其下的强化换热材料3从而增加对流换热面积，在两种换热过程的同时作用下快速提升第一温度腔室5内溶液的温度，
第三步骤S3，第一温度腔室5和第二温度腔室8的温差导致腔室内溶液的离子产生电化学势能差，使得第二温度腔室8的阳离子通过纳米薄膜7进入第一温度腔室5，在薄膜中纳米通道11的作用下产生离子电流，完成发电。
工业实用性
本发明所述的基于太阳能的热驱动离子电渗电池及发电方法可以在离子电池领域制造并使用，发电电流和电压可以通过简单的多电池串并联进一步放大。
以上结合具体实施例描述了本申请的基本原理，但是，需要指出的是，在本申请中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本申请的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本申请为必须采用上述具体的细节来实现。
为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外，此描述不意图将本申请的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例，但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。
基于太阳能的热驱动离子电渗电池及发电方法专利购买费用说明
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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