ХИМИЧЕСКИЙ ТЕРМОЭЛЕМЕНТ Российский патент 1999 года по МПК H01M6/36 C25B5/00 

Изобретение относится к термоэлементам и может быть использовано в качестве преобразователя тепловой энергии в электрическую. Технический результат изобретения - повышение КПД, увеличение срока службы и удешевление изготовления.

Аналогом изобретения является устройство, содержащее электролит и инертные электроды с подогревом от внешнего источника тепла (US 4857421, H 01 M 10/39, 26.07.89).

Сущность изобретения заключается в том, что в химическом элементе (X.T. ), состоящем из водного раствора электролита и инертных электродов с подогревом из внешнего источника тепла, инертные электроды выполнены с дисперсной поверхностью из гафния (анод) и графита (катод) и погружены в 35%-ный водный раствор бромистоводородной кислоты и при замыкании внешней цепи проводником имеют контактную разность потенциалов, равную ±1,2 вольта. В химическом термоэлементе внешнего источника напряжения нет. Источник напряжения находится в самих инертных электродах из гафния и графита. При замыкании внешней цепи проводником на электродах появляется контактная разность потенциалов (К.Р.П. ), равная разности работ выхода электронов из графита и гафния при одинаковой температуре: 4,7 - 3,5 = ± 1,2 В. При этом положительный заряд у гафния (анод) ± 1,2 В, а отрицательный заряд у графита (катод) - 1,2 В. Электрическое поле электродов образует пару конденсаторов электрических (К.Э.) с гидратированными ионами брома и гидроксония:

Между "пластинами" К. Э. имеется диэлектрик из дипольных молекул воды, которые втягиваются электрическим полем и увеличивают емкость К.Э. за счет энергии биполярного катализатора. У электролизеров энергия на образование и зарядку К. Э. поступает из внешнего источника (батареи). При нагревании электромагнитное инфракрасное излучение поглощается отдельными молекулами воды, которые находятся между "пластинами" К.Э. и соответственно увеличивают свою кинетическую энергию. Расстояние между пластинами увеличивается. Емкость К. Э. уменьшается от C₁ до малого значения C₂, а напряжение между пластинами увеличивается и становится равным U = C₁/C₂. Так как расстояние между обкладками на металле и в растворе не превышает ионного радиуса, то даже при небольшом скачке потенциала на границе фаз (в 1 В) напряженность поля достигает десятков миллионов воль на 1 см. Одновременный отрыв диэлектрика у анода (гафний) и катода (графит) сопровождается разрядом обоих ионов и прохождением электрического тока по внешней цепи. Разница энергий заряженных ионов и разряженных нейтральных атомов переходит в энергию электрического тока по внешней цепи, точнее электромагнитное инфракрасное излучение, поглощенное молекулами воды, совершает работу по удалению диэлектрика из заряженного К.Э. и вызывает разряд разноименных ионов, сопровождающийся током от анода к катоду. Через ничтожные доли секунды на электродах за счет тепловой разницы работ выхода электродов из гафния и графита появляется равновесное напряжение, равное ± 1,2В и снова образуются двойные слои из гидратированных ионов брома и гидроксония. Жидкий бром и атомарный водород в водном растворе соединяются в бромистый водород:
Br + H ---> HBr + 8 ккал:

Отдельные молекулы воды поглощают электромагнитное инфракрасное излучение и ионизируют бромистый водород. Ионы брома и гидроксония создают двойной электрический слой у инертных электродов. Для Х.Т. не годятся электролиты, продуктами разложения которых являются газы. Не годится и раствор иодисто-водородной кислоты, т.к. не происходит рекомбинация ионов. Идеальным электролитом является 25%-ный водный раствор бромисто-водородной кислоты, в котором 93% ионов гидратировано, а напряжение разложения = ± 1,1 В. Явление превращения электромагнитного инфракрасного излучения в электрическую энергию - сложный физико-химический процесс. Первая стадия - поглощение парами воды инфракрасного излучения и гидратации ионов. Это перевод энергии инфракрасного излучения в энергию электрического поля между ионами. При этом раствор не нагревается. Вторая стадия - разделение ионов по полюсам биполярного катализатора и образование электрических "обкладок" - "пластин", разделенных диэлектриком (водой). Третья стадия - поглощение молекулами воды электромагнитного инфракрасного излучения и их дегидратация с уменьшением емкости К. Э. и скачкообразное увеличение напряжения. Потенциальная электрическая энергия переходит в энергию электрического тока во внешней цепи. Расходуется энергия инфракрасного излучения как при гидратации, так и при дегидратации. Расходуется энергия биполярного катализатора, но восстанавливается контактная разность потенциалов после каждого цикла. Экономический эффект: КПД 30 - 35%. Термоэлемент может работать на тепловых отходах, на солнечном излучении, в горячих геотермальных источниках. Срок годности не ограничен. Прост по устройству, дешевле в изготовлении.

Применение: в качестве преобразователя тепловой энергии в электрическую. Технический результат - повышение КПД, срока службы, удешевление. Сущность: инертные электроды с дисперсной поверхностью из гафния и графита в 35%-ном водном растворе бромисто-водородной кислоты с подогревом из внешнего источника. Источником напряжения является контактная разность потенциалов между электродами из гафния и графита, равная ±1,2 В, достаточная для разложения 35%-ного водного раствора бромисто-водородной кислоты на бром и водород, которые в растворе при наличии тепла вновь ионизируются и восстанавливают концентрацию ионов. Разложение заряженных ионов сопровождается их разрядом на поверхности электродов и электрическим током во внешней цепи.

Химический термоэлемент, состоящий из водного раствора электролита и инертных электродов с подогревом из внешнего источника тепла, отличающийся тем, что инертные электроды с дисперсной поверхностью из графита и гафния погружены в 35%-ный водный раствор бромисто-водородной кислоты и при замыкании внешней цепи проводником имеют контактную разность потенциалов, равную ±1,2 В.