【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于有机化学反应领域，涉及“溶液中过剩离子或过剩电荷的化学反应”，利用传统的电池制造技术或电解槽制造技术，就可以把传统电解槽或传统电池改造成为一种水制氢的原电池（以下简称为本原电池），由此把传统水电解制氢的生产成本下降了3倍，水制氢的单位成本下降至9元/千克氢气以下；把本原电池的正极改装为空气电极，向该正极室不断地加入纯水，就可以不断地发电，其发电成本低于天然气发电的成本。因此，本原电池不仅作为水制氢领域的应用，可以大幅下降氢气的生产成本，而且还可以作为一种只耗水发电机的应用，用于建立零碳排放的电池发电厂，可以大幅下降氢气发电的成本；也可以作为新能源车动力电池的应用，其车辆运行成本是传统氢燃料电池车的四分之一。
技术介绍
1、作为有机化学反应领域的技术人员，能够意外发现一种水制氢的原电池，是源于生产烧碱过程中存在一个如下所述的“事实1”：“在离子膜烧碱电解槽的阳极室加入生产量的饱和食盐水，在电解槽的阴极室加入生产量的纯水，不通电，不加热，静置24小时后，阴极室的纯水变成了氢氧化钠水溶液，含量大于7%,ph值为14，同时产生等当量的氢气”，每一个电解槽工序的操作工都可以重复这个事实，证明：“不通电，不加热，在常温常压的工艺条件下，氯化钠水溶液就能够自发地转化为氢氧化钠和氢气”。显然，用教科书上的吉布斯自由能公式和理论分解电压是不可能解释的。为此，多次重复，并在有机化学理论和溶液电荷守恒理论的基础上，找到了如下所述的一种“过剩电荷的化学反应”之原理，可以很好地解释“事实1”。
2、由上述“事实1”可知，离子膜电
3、在上述“事实1”的基础上，又存在“事实2”：“选择一台阴离子交换膜扩散渗析器（已有商品），在该扩散渗析器的渗析室（阴极室或正极室）加入浓度为40%的koh水溶液，在其扩散室（阳极室或负极室）加入纯水或蒸馏水，加入量根据该扩散渗析器的实际容量确定，静置24小时，用气体流量计检测，可知在该扩散渗析器的渗析室（阴极室）不断地产生氢气，同时在扩散室（阳极室）不断地产生氧气；如果在渗析室和扩散室安装石墨电极并连通电路，该扩散渗析器就变成了一种浓差电池，称之为阴离子交换膜浓差电池（aem浓差电池），或称之为阴离子膜原电池，其最经典的特征是：水制氢气和氧气的同时，可以释放出电流，不消耗金属负极材料，只消耗水分子。只要不断地加水，就可不断地点亮指示灯。其基础原理与“事实1”相同，属于过剩电荷的化学反应：即在浓度差力或浓差能的推动下，该扩散渗析器阴极室（渗析室）内高浓度的oh-离子必然通过阴离子交换膜进入阳极室（扩散室），形成过剩的oh-离子水溶液，从而在阳极室形成过剩的负电荷水溶液。为了保持溶液的电荷守恒，形成的瞬时必然发生下述反应，即2oh-+ 2oh-= o2+ 2h2o ，从而在阳极室生成电中性的氧气（o2）和水（h2o），由此保持了阳极室水溶液的电荷守恒；这个瞬时，阴极室的k+离子不能通过阴离子交换膜进入阳极室，由此必然导致阴极室水溶液中的k+离子大量过剩，从而导致阴极室水溶液的正电荷过剩，破坏了阴极室水溶液的电荷守恒，因此，为了满足溶液的电荷守恒，过剩的k+离子必然发生2k++ 2h2o = h2+ 2koh （式1） 的化学合成反应，必然在阴极室生成氢气，同时由式1可知，加入的koh虽然参与了反应，但不消耗koh，加入的koh在阴离子交换膜的前提条件下，相当于是一种参与循环反应的催化剂，可以把水自发地催化转化为氢气。由式1可知，由于在阴极室的合成反应需要不断地消耗水分子，导致阴极室内koh浓度必然不断地升高，故需要在阴极室不断地补充水，从而保持阴极室koh水溶液的浓度为40%左右；由于阳极室过剩的ho-离子变成了氧气和水，所以阳极室纯水中的oh-离子浓度几乎为零，由此阴阳二极室形成并保持了高度的oh-离子之浓度差力，以此可以不断地推动oh-离子从阴极室迁移至阳极室，从而不断地产生氢气和氧气。理论上，只要阴离子交换膜或设备永不损坏，就可以永保这个浓度差力的存在，只要有这种浓度差力的存在，就可以不断地水制氢气和氧气并发电，点亮指示灯，而且氢气的产量与阴离子交换膜的面积成正比，与浓度差力成正比，或者说，可以制造无穷个阴离子交换膜浓差电池，只要有水，只要有足够大或无穷大的阴离子交换膜面积，就可以无穷尽地生产氢气及其氢气发电（氢能源），特别是这种自发的过剩离子或过剩电荷的反应，由于不消耗金属负极，只消耗水，因此生产成本可以超大幅度地降低。
4、“事实2”及其浓差电池符合上述过剩电荷的化学反应之原理，阴离子交换膜浓差电池的能量来源于过剩的k+离子的内能及化学能，也来源于过剩的oh-离子的内能及化学能，并来源于离子浓差能，如果把该浓差电池的负极或阳极改进为负电位的“金属憜性阳极”，由此具备了电极电势差力或电位差力，具备了原电池电动势的推动力，该浓差电池就变成了水制氢的本原电池。因此，本原电池的能量还来源于或还要加上电位差力，其具备的电位差能和浓差能之和越大，本原电池的产氢速率就越大，与电位差力和浓差力成正比例函数关系。
5、传统的铝-空气电池，同样为本原电池水制氢的方本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种原电池水制氢的方法，这个方法的本质就是把传统的电解槽或扩散渗析器或传统燃料电池改进为水制氢的原电池，即本原电池，其技术特征是：（1）本原电池电极间的隔膜必须为阴离子交换膜，同时本原电池的负极必须为低电位的金属憜性电极,负极电位越低越好，即利用传统的制造技术，在金属铝或金属镁或金属钠或金属锂等活泼金属的表面涂一层负电位的聚环戊二烯钾或聚环戊二烯钠或聚环戊二烯锂之保护膜，本原电池的正极为高电位的石墨电极或氟化碳电极或水合氧化钌电极或二氧化锰电极或空气电极，正极电位越高越好，由此把传统的原电池和离子膜浓差电池这二种电池构建成为一个有机整体，具备这二种电池的电动势之和，却不额外增加传统电池或电解槽的体积，因此其功率密度大于相同体积下的传统电池；（2）本原电池同时具有传统原电池的开路电压和传统浓差电池的开路电压，其开路电压是这二种电池的开路电压之和，其电动势或开路电压与浓度差力和电位差力之和成正比例函数关系；（3）本原电池的氢气产量与阴离子交换膜的面积成正比例函数关系,只要制造并安装足够量或无穷量的阴离子交换膜，就可以用水为原料生产足够量或无穷量的氢气。
2.一种水制氢
3.如权利要求1所述，一种原电池水制氢的方法在氢能源领域的应用，如权利要求2所述，一种本原电池在水制氢领域的应用。
4.一种仅仅消耗水分子和氧气的电池发电机，包括以下次序的几个步骤：利用传统的制造技术，把水制氢的本原电池的阴极电极或正极电极改进为传统的空气电极，并安装导管把该原电池阳极室或负极室产生的氧气或CO2气体引入阴极室或正极室进行化学反应，水制氢的本原电池即变成了一种发电机，称之为本电池发电机或ZHS发电机，本电池发电机的技术特征是：仅仅消耗水分子和氧气就可以不断地发电，不消耗金属负极材料，不消耗其它原料，其发电成本低于火电厂天然气发电的成本，发电时，不产生二氧化碳等废气，不产生废水和废渣。
5.如权利要求4所述，本电池发电机或ZHS发电机在发电领域的应用。
6.如权利要求4所述，本电池发电机或ZHS发电机在新能源车领域的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种原电池水制氢的方法，这个方法的本质就是把传统的电解槽或扩散渗析器或传统燃料电池改进为水制氢的原电池，即本原电池，其技术特征是：（1）本原电池电极间的隔膜必须为阴离子交换膜，同时本原电池的负极必须为低电位的金属憜性电极,负极电位越低越好，即利用传统的制造技术，在金属铝或金属镁或金属钠或金属锂等活泼金属的表面涂一层负电位的聚环戊二烯钾或聚环戊二烯钠或聚环戊二烯锂之保护膜，本原电池的正极为高电位的石墨电极或氟化碳电极或水合氧化钌电极或二氧化锰电极或空气电极，正极电位越高越好，由此把传统的原电池和离子膜浓差电池这二种电池构建成为一个有机整体，具备这二种电池的电动势之和，却不额外增加传统电池或电解槽的体积，因此其功率密度大于相同体积下的传统电池；（2）本原电池同时具有传统原电池的开路电压和传统浓差电池的开路电压，其开路电压是这二种电池的开路电压之和，其电动势或开路电压与浓度差力和电位差力之和成正比例函数关系；（3）本原电池的氢气产量与阴离子交换膜的面积成正比例函数关系,只要制造并安装足够量或无穷量的阴离子交换膜，就可以用水为原料生产足够量或无穷量的氢气。
2.一种水制氢的本原电池，包括以下次序的几个步骤：选择传统的电解槽或扩散渗析器或传统电池，以石油化工行业使用的雷尼镍催化剂为电极材料，采用传统的制造技术，把该电解槽或扩散渗析器或传统电池的阳极电极或负极电极改进为负电位的雷尼镍电极，或改进为负电位的金属铝憜性电极或金属镁憜性电极或金属钠憜性电极或金属锂憜性电极，不需要其它电催化剂，该电解槽或该扩散渗析器或该传统电池的阴极电极或正极电极，采用高电位的传统的石墨电极或氧化钌电极或氟化碳电极或二氧化锰电极或空气电极等商品，或采用其它高电位的阴极电极之商品，阴极电位是越高越好，不需要其它电催化剂，同时把该电解槽或传统电池的阳离子交换膜或质子交换膜或其它电极隔膜一律改进为阴...
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