АККУМУЛЯТОРНАЯ БАТАРЕЯ Российский патент 2007 года по МПК H01M10/04 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к малой электрической экологически благоприятной электрической аккумуляторной батарее и, в частности, к батарее, которая имеет два электрических проводника с различными потенциалами в виде положительной электродной подложки и в виде отрицательной электродной подложки для выработки разности потенциалов и подачи электричества.

Предпосылки для создания изобретения

Аккумуляторные батареи для энергоснабжения электронных изделий подачей слабых токов известны из предшествующего уровня техники. Например, опубликованная Заявка на патент Республики Китай (Тайвань) № TW 568363, с названием заявляемого изобретения: «Аккумуляторная батарея для снабжения слабым электрическим током электронных изделий» и Публикация Na 20040125527 на патент Соединенных Штатов Америки с названием заявляемого изобретения: «Аккумуляторная батарея для бытового электроприбора, который потребляет энергию от низковольтной батареи», являются такими примерами. Они имеют два электрода в контакте с активированным углеродом для поддержания химической реакции с водой для того, чтобы снабжать электричеством. Однако между электродами не имеется изоляционной мембраны, а их конструкция является сложной и трудно поддается миниатюризации. Имеется тенденция к возникновению короткого электрического замыкания между двумя электродами, а усыхающий контейнер для воды не может содержать ее желаемое количество.

Сущность изобретения

Следовательно, основной задачей настоящего изобретения является создание недорогостоящей экологически благоприятной аккумуляторной батареи, которая может снабжать слабым электрическим током и может обеспечивать пополнение запаса воды для регенерации.

Когда два металлических электрических проводника, имеющих различное количество свободных электронов, приходящееся в расчете на единичный объем, находятся в контакте друг с другом, возникает небольшая разность потенциалов, находящаяся в пределах от 1 до 10 микровольт. Однако, если между двумя металлическими электрическими проводниками проложена увлажненная пленка, может вырабатываться разность потенциалов, которая увеличивается более чем в десять тысяч раз по сравнению с той ее величиной, которая существует при двух контактирующих друг с другом металлических электрических проводниках.

Для того чтобы генерировать максимальную разность потенциалов, при воплощении настоящего изобретения стремятся размещать в пространстве при минимальном расстоянии два металлических электрических проводника, разделенных пленкой, и стараются использовать ионы воды для электрической передачи в аккумуляторной батарее. Токовый контур формируется благодаря передвижению наружных электронов через аккумуляторную батарею.

Если металлический электрический проводник, который служит в качестве положительной электродной подложки, может активизировать или ионизировать воду или добавка может активизировать или ионизировать воду, тогда сила тока может возрастать. Добавкой является нано-керамика с инфракрасным излучением или анионный нано-материал. Нано-материал имеет квантовый эффект, высокую поверхностную активность и переменные химические характеристики, которые отличаются от тех, которыми обладает обычный материал.

В обычной аккумуляторной батарее отрицательная электродная подложка и электролит находятся в положении контактирования для возникновения химических реакций, и постепенно они образуют изоляционное соединение на поверхности отрицательной электродной подложки. В результате этого отрицательная электродная подложка постепенно утрачивает электрическую проводимость. При воплощении настоящего изобретения имеется мембрана для обмена протонами, покрывающая металлический проводник, который служит в качестве отрицательной электродной подложки для предотвращения окисления этой электродной подложки.

В настоящем изобретении суммируются концепция квантовой теории, нано-характеристики материалов, технология топливных элементов и электрохимические технические приемы, а вода используется в качестве электролита для формирования аккумуляторной батареи.

Вышеизложенная информация, а также дополнительные задачи, признаки и преимущества изобретения будут более легко понятными из далее излагаемого подробного описания изобретения, которое составлено со ссылками на сопроводительные чертежи.

Краткое описание сопроводительных чертежей

Фиг.1 является сечением аккумуляторной батареи, выполненной в соответствии с первым вариантом настоящего изобретения и имеющей кубический профиль по форме.

Фиг.2 является сечением аккумуляторной батареи, выполненной в соответствии со вторым вариантом настоящего изобретения и имеющей кубический профиль по форме.

Фиг.3 является сечением аккумуляторной батареи, выполненной в соответствии с третьим вариантом настоящего изобретения и имеющей цилиндрическую форму.

Фиг.4 является сечением аккумуляторной батареи, выполненной в соответствии с настоящим изобретением и имеющей кубический профиль по форме и внутренние элементы с последовательным их соединением.

Подробное описание предпочтительных вариантов изобретения

Обращая внимание на фиг.1, можно видеть, что аккумуляторная батарея, выполненная в соответствии с настоящим изобретением, включает в себя положительную электродную подложку 1, отрицательную электродную подложку 2, пленку 3 и изоляционную оболочку 4. Пленка 3 расположена между положительной электродной подложкой 1 и отрицательной электродной подложкой 2 для того, чтобы удалить на минимальное расстояние положительную электродную подложку 1 от отрицательной электродной подложки 2. Изоляционная оболочка 4 заключает в себя положительную электродную подложку 1, отрицательную электродную подложку 2 и пленку 3 для поддержания их в тесном контакте друг с другом и для удержания их в сборе. Изоляционная оболочка 4 имеет впуск 4а при желаемом его размещении для приема воды с целью ее пополнения для пленки 3. Положительная электродная подложка 1 и отрицательная электродная подложка 2 образованы двумя электрическими проводниками с различными потенциалами. Положительная электродная подложка 1 может активизировать или ионизировать воду в электролите таким образом, что ионы воды могут передавать электричество внутри аккумуляторной батареи. Когда положительная электродная подложка 1 и отрицательная электродная подложка 2 удалены друг от друга на минимальное расстояние, они могут создавать максимальную разность потенциалов между ними и пропускать ток через свои удаленные концевые участки 1а и 2а для того, чтобы становиться источником электричества аккумуляторной батареи.

Более того, добавка 9, которая может активизировать или ионизировать воду, может поступать через впуск 4а для воды. Добавка 9 может быть выполнена в виде нано-керамики с инфракрасным излучением, анионного нано-материала, нано-угдерода, активированного углерода, которые могут излучать электромагнитные волны либо в виде источника кислоты, либо их смешанного компаунда. Электромагнитная волна может расщеплять укрупненные сгустки молекул воды на более мелкие сгустки молекул воды особенно в спектре, приближенном к инфракрасному свету. Вода в мелких сгустках ее молекул несет большое количество кинетической энергии, весьма быстро движется и имеет увеличенную способность растворения кислорода, а также обладает более сильным осмосом и увеличенной мощностью растворения. Анионный нано-материал также может расщеплять укрупненные сгустки молекул воды на более мелкие сгустки молекул воды и позволяет воде участвовать в слабом электролизе. Источник кислоты может реагировать с водой для создания ионов водорода. Добавка 9 является слабым источником кислоты, который не оказывает вредного воздействия на окружающую внешнюю среду. Положительная электродная подложка 1 является электрическим проводником, который может испускать электромагнитную волну или образовывать смесь с материалом добавки 9 (за исключением источника кислоты) в виде электропроводящих частиц или волокон в соответствии с желаемым их соотношением.

Обращая внимание на фиг.2, можно видеть, что вещество 5 для поглощения воды добавляется между положительной электродной подложкой 1 и пленкой 3 для увеличения запаса воды. Более того, изоляционная оболочка 4 имеет впуск 4b для пополнения воды в связи с поглощением воды веществом 5. Вещество 5 для поглощения воды также содержит добавку 9.

Обращая внимание на фиг.3, можно видеть, что положительная электродная подложка 11 является водопоглощающим электрическим проводником, который может активизировать или ионизировать воду. Пленка 3 покрывает отрицательную электродную подложку 2, а затем заполняется положительная электродная подложка 11. Электрический проводник 8 находится в тесном контакте с положительной электродной подложкой 11. Для предотвращения короткого замыкания изоляционный элемент 7 располагается между электрическим проводником 8 и отрицательной электродной подложкой 2. Электрический проводник 8 является кислотостойким, а изоляционный элемент 7 имеет впуск 4с для воды с целью ее пополнения. Водопоглощающий электрический проводник, который может активизировать или ионизировать воду, имеет пористую структуру и такую, как та, которой обладает активированный углерод или его волокна. Помимо обладания пористой структурой, он также может излучать инфракрасный свет. С другой стороны, отрицательная электродная подложка 2, покрытая пленкой 3, также может заполняться в положительной электродной подложке 11 посредством добавления воды с наружной стороны в положительную электродную подложку 11. Добавка 9 может также являться дополнением к положительной электродной подложке 11 для увеличения эффективности активизации или ионизации воды.

Подобно обычной аккумуляторной батарее, батарея, выполненная в соответствии с настоящим изобретением, может подключаться последовательно или параллельно. Обращая внимание на фиг.4, можно видеть, что ею иллюстрировано воплощение настоящего изобретения при последовательном подключении. В изоляционной оболочке 4 имеются два комплекта положительных электродных подложек 1, отрицательных электродных подложек 2, пленок 3 и вещества 5 для поглощения воды. Между двумя соседними комплектами вставлен электрический проводник 6, являющийся стойким против окисления. Соседние положительная электродная подложка 1 и отрицательная электродная подложка 2 подключены друг к другу. Электрическое напряжение может быть получено в районе удаленных концевых участков 1а и 2а.

Чем больше разность потенциалов между положительной электродной подложкой 1 и отрицательной электродной подложкой 2, тем больше создаваемое электрическое напряжение. Поэтому является предпочтительным изготовление положительной электродной подложки 1 из материала с низким потенциалом, тогда как является предпочтительным изготовление отрицательной электродной подложки 2 из материала с высоким потенциалом (и из такого, который выбирается из группы, содержащей алюминий, цинк, сплав, по меньшей мере, содержащий алюминий или цинк, литий, магний, комплекс лития с магнием или их сплав). Материал с малым потенциалом является стойким против окисления, тогда как материал с высоким потенциалом является более вероятно окисляемым. Следовательно, отрицательная электродная подложка 2 должна покрываться осмотическим слоем, который может передавать только ионы водорода для предотвращения окисления, и таким как мембрана (Nafion) для обмена протонами, изготавливаемая компанией Dupont Co. Электролитом, главным образом, является вода или слабая кислота, которая не оказывает вредного влияния на внешнюю среду.

Пленка 3, изготовленная в соответствии с настоящим изобретением, является пористой, и ею непосредственно покрывается отрицательная электродная подложка 2. Это, в основном, направлено на обеспечение изоляции таким образом, чтобы положительная электродная подложка 1 и отрицательная электродная подложка 2 могли быть удалены друг от друга на минимальное расстояние. Чем тоньше пленка 3, тем больше разность потенциалов, которая создается между положительной электродной подложкой 1 и отрицательной электродной подложкой 2. Это может также предотвращать окисление отрицательной электродной подложки 2. Пленка 3 может являться осмотической мембраной, мембраной для обмена протонами или пористой пленкой, покрывающей отрицательную электродную подложку 2 с помощью процесса конверсии покрытия.

Изобретением предусмотрено наличие оптимальной конструкции, которая включает в себя положительную электродную подложку, которая является водопоглощающим электрическим проводником с малым потенциалом и которая может активировать или ионизировать воду, отрицательную электродную подложку, которая является электрическим проводником с высоким потенциалом, осмотическую пленку, которой покрыта отрицательная электродная подложка и которая может пропускать только лишь ионы водорода, добавку, которая активирует или ионизирует воду, и воду, запас которой постоянно пополняют для осуществления регенерации и снабжения электричеством.

При использовании в изделиях с адаптацией объект изобретения может миниатюризироваться с помощью технических приемов тонкой пленки или толстой пленки. Различные совокупности и устройства могут выполняться в соответствии с размерами, стоимостью и другими требованиями утилизации, предъявляемыми к производимому изделию.

Таким образом, в настоящем изобретении суммируются концепция квантовой теории, нано-характеристики материалов, технология топливных элементов и электрохимические технические приемы, а вода используется в качестве электролита для образования аккумуляторной батареи.

Аккумуляторная батарея для получения слабого электрического тока, не оказывающая вредного влияния на внешнюю среду, включает в себя положительную электродную подложку и отрицательную электродную подложку, которые являются электрическими проводниками с различными величинами потенциалов, при этом в батарее положительная электродная подложка может активизировать или ионизировать воду. Пленка расположена между положительной электродной подложкой и отрицательной электродной подложкой. Ионы в воде передают электричество в батарее. Разность потенциалов между положительной электродной подложкой и отрицательной электродной подложкой обеспечивает электричеством аккумуляторную батарею. Техническим результатом изобретения является создание дешевой экологически безопасной аккумуляторной батареи. 12 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Аккумуляторная батарея, содержащая положительную электродную подложку (1), которая является способной активизировать или ионизировать воду в электролите и которая является электрическим проводником с низким потенциалом: отрицательную электродную подложку (2), которая является электрическим проводником с высоким потенциалом; пленку (3), которая является пористой и расположена между положительной электродной подложкой (1) и отрицательной электродной подложкой (2) для того, чтобы удалить на минимальное расстояние положительную электродную подложку (1) от отрицательной электродной подложки (2); изоляционную оболочку (4), которая заключает в себя положительную электродную подложку (1) и отрицательную электродную подложку (2) и имеет, по меньшей мере, один впуск (4а) для воды для добавления электролита в пленку (3) и удерживает в тесном контакте друг с другом положительную электродную подложку (1) и отрицательную электродную подложку (2); а также добавку (9) для активизирования или ионизирования воды в электролите, при этом ионы, генерированные ионизированной водой, передают в батарее электричество, а положительная электродная подложка (1) и отрицательная электродная подложка (2), находясь друг от друга на минимальном расстоянии, вырабатывают максимальный потенциал для создания электричества аккумуляторной батареи.2. Аккумуляторная батарея по п.1, в которой положительная электродная подложка (1) является электрическим проводником, способным испускать электромагнитную волну.3. Аккумуляторная батарея по п.1, в которой положительная электродная подложка (1) выполнена из материала, выбранного из группы, состоящей из нано-керамики с инфракрасным излучением, анионного нано-материала, нано-углерода, активированного углерода и их компаундной смеси, при этом она выполнена в виде одного из проводящих частиц и волокон, смешанных согласно желаемому соотношению.4. Аккумуляторная батарея по п.1, в которой положительная электродная подложка (1) выполнена из активированного углерода, который может испускать инфракрасный свет, а отрицательная электродная подложка (2) изготовлена из материала, который выбирается из группы, состоящей из алюминия, цинка, сплава, по меньшей мере, содержащего алюминий или цинк, лития, магния, лития с магнием и их сплавов.5. Аккумуляторная батарея по п.1, в которой положительная электродная подложка (1) является водопоглощающим электрическим проводником, способным активизировать или ионизировать воду, и она заполняется в отрицательной электродной подложке (2), покрытой пленкой (3).6. Аккумуляторная батарея по п.1, в которой положительная электродная подложка (1) является водопоглощающим электрическим проводником, который может активизировать или ионизировать воду, а отрицательная электродная подложка (2) покрыта пленкой (3) и заполняется в положительной электродной подложке (1).7. Аккумуляторная батарея по п.1, в которой пленка (3) является осмотической мембраной, которая покрывает отрицательную электродную подложку (2).8. Аккумуляторная батарея по п.7, в которой осмотическая мембрана передает только ионы водорода и предотвращает окисление отрицательной электродной подложки (2).9. Аккумуляторная батарея по п.1, в которой пленка (3) является пористым покрытием, образованным на отрицательной электродной подложке (2) посредством процесса конверсии покрытия.10. Аккумуляторная батарея по п.1, в которой добавка (9) выбрана из группы, состоящей из нано-керамики с инфракрасным излучением, анионного нано-материала, нано-угдерода, активированного углерода, источника кислоты и их компаундной смеси.11. Аккумуляторная батарея по п.1, в которой образовано множество комплектов, каждый состоящий из положительной электродной подложки (1), пленки (3), отрицательной электродной подложки (2) и впуска (4b) для воды, и они соединены последовательно, причем две соседние положительные электродные подложки (1) и отрицательные электродные подложки (2) соединены посредством электрического проводника, который имеет стойкость против окисления, и аккумулированное электрическое напряжение представлено на положительной электродной подложке (1) и на отрицательной электродной подложке (2), которые размещены на самых удаленных друг от друга сторонах.12. Аккумуляторная батарея по п.11, дополнительно включающая в себя вещество (5) для поглощения воды, расположенное между положительной электродной подложкой (1) и пленкой (3) для хранения запаса воды с целью осуществления увлажнения.13. Аккумуляторная батарея по п.1, дополнительно включающая в себя вещество (5) для поглощения воды, расположенное между положительной электродной подложкой (1) и пленкой (3) для хранения запаса воды с целью осуществления увлажнения.