基于双极膜的发电装置及其发电方法
阅读说明：本技术 基于双极膜的发电装置及其发电方法 (Power generation device based on bipolar membrane and power generation method thereof ) 是由 张旭 刘武兴 罗发宝 毛悦 李亚南 于 2021-07-05 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种基于双极膜的发电装置及其发电方法,涉及发电技术领域。本发明中双极膜膜堆的重复单元自阳电极至阴电极方向上依次叠压有第一阳离子交换膜、第一隔网、双极膜、第二隔网、阴离子交换膜、第三隔网和第二阳离子交换膜,并对应形成阳极室、碱室、酸室、盐室和阴极室五个隔室；通过在反向电渗析技术基础上引入上述双极膜构成反向双极膜电渗析,在隔室内分别通过酸和碱,酸碱中的氢离子和氢氧根离子分别透过双极膜的阳离子交换层和阴离子交换层在双极膜中间层上发生中和反应产生水,在双极膜上就产生pH梯度和由于酸性和碱性溶液的不同组成而产生的盐度梯度,从而实现将酸、碱溶液化学能向电能的有效转化；且能量密度高、理论膜堆电压高。(The invention provides a bipolar membrane-based power generation device and a power generation method thereof, and relates to the technical field of power generation. In the invention, a first cation exchange membrane, a first separation net, a bipolar membrane, a second separation net, an anion exchange membrane, a third separation net and a second cation exchange membrane are sequentially laminated in a repeating unit of the bipolar membrane stack from an anode to an cathode, and five compartments of an anode compartment, an alkali compartment, an acid compartment, a salt compartment and a cathode compartment are correspondingly formed; the bipolar membrane is introduced on the basis of a reverse electrodialysis technology to form reverse bipolar membrane electrodialysis, acid and alkali are respectively passed through in a compartment, hydrogen ions and hydroxide ions in the acid and the alkali respectively permeate a cation exchange layer and an anion exchange layer of the bipolar membrane to generate neutralization reaction on a bipolar membrane intermediate layer to generate water, a pH gradient and a salinity gradient generated due to different compositions of acidic and alkaline solutions are generated on the bipolar membrane, and therefore effective conversion of chemical energy of the acid and the alkaline solution to electric energy is achieved; and the energy density is high and the theoretical membrane stack voltage is high.)
技术领域
本发明涉及发电技术领域，具体涉及一种基于双极膜的发电装置及其发电方法。
背景技术
能源是国民经济发展的基础，经济的高质量发展离不开能源的高质量发展。化石能源为我国经济社会发展提供充足动力和物质基础，但同时面临着枯竭危机、环境污染等压力，依靠传统化石能源产电并非长久之计。因此，迫切需要开发新能源。现如今，太阳能发电、风力发电等新兴技术逐渐兴起，特别是2019年之后，风电已成为中国继煤电、水电之后的第三大电源。这些新兴发电技术有效地缓解了化石能源危机和环境污染等问题。不过这些新兴发电技术存在着一些不可控因素，如不稳定、成本高昂、受地理位置限制等。
近年来，依靠浓度梯度差为驱动力的反向电渗析发电技术由于具有成本较低、技术稳定逐渐被人们开发利用。反向电渗析发电技术是一种将高、低浓度盐溶液之间的盐差能转化为电能的过程。由于浓水和淡水之间存在浓度差，离子会由浓水向淡水迁移，而反向电渗析装置内的阴、阳离子交换膜在隔板的间隔作用下交替排列，使离子的迁移形成定向移动，从而在电池内部形成内电流，此内电流可通过反向电渗析装置电极处的氧化还原反应转化为外电流，并通过导线将电流导出，由此实现将盐差能转化为电能。
例如2018年以来，一个位于荷兰代尔夫特规模为1千瓦/10千瓦时的反向电渗析试点项目一直在运营，用于向附近的学生宿舍供电(Membranes,2020,10(12):409.)。再如，中国专利CN201711421091.6公开了一种反向电渗析驱动双极膜电渗析产生酸碱的系统以及方法，具体地说，该项技术在不外加电源的前提下，在反向电渗析的膜堆内部通入两种不同浓度的盐溶液实现盐差能向电能的转化，反向电渗析膜堆产生的电能驱动双极膜发生水解离得到氢离子和氢氧根离子；其提供了一种反向电渗析的具体应用，整个过程中不需要能源的储存与转化，工艺简单。
但是，由于反向电渗析技术依靠的是离子交换膜两侧溶液浓度差来驱动离子迁移，即膜电位主要受离子交换膜两侧高、低浓度盐溶液的活度比值决定的。受溶液的饱和浓度限制，离子交换膜两侧溶液的活度比最多只能达几百倍，因此，现有的反向电渗析技术提供的理论膜电位有限、能量密度不高。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于双极膜的发电装置及其发电方法，解决了现有的反向电渗析技术提供的理论膜电位有限、能量密度不高的技术问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种基于双极膜的发电装置，包括：双极膜膜堆、酸溶液进样装置、碱溶液进样装置、盐溶液进样装置、电极液进样装置、酸溶液接收装置、碱溶液接收装置、盐溶液接收装置、电子负载、阴电极和阳电极；
所述双极膜膜堆两侧分别设置所述阴电极和阳电极；所述双极膜膜堆至少包括一个重复单元，所述重复单元自所述阳电极至阴电极方向上依次叠压有第一阳离子交换膜、第一隔网、双极膜、第二隔网、阴离子交换膜、第三隔网和第二阳离子交换膜，并对应形成阳极室、碱室、酸室、盐室和阴极室五个隔室，所述第一隔网、第二隔网、第三隔网分别位于所述碱室、酸室、盐室内；
所述酸溶液进样装置的第一出口管与酸室进料口相连，酸室出料口与所述酸溶液接收装置的第一进口管相连；
所述碱溶液进样装置的第二出口管与碱室进料口相连，碱室出料口与所述碱溶液接收装置的第二进口管相连；
所述盐溶液进样装置的第三出口管与盐室进料口相连，盐室出料口与所述盐溶液接收装置的第三进口管相连；
所述电极液进样装置的第四出口管与阴极室进料口相连，阴极室出料口与阳极室进料口相连，阳极室出料口与所述电极液进样装置的第四进口管相连；
所述阴电极与所述电子负载的负极相连，所述阳电极与所述电子负载的正极相连。
优选的，所述发电装置还包括第一夹紧装置、第二夹紧装置和垫片，所述垫片分别位于所述阴电极和阳电极与所述双极膜膜堆两侧之间。
所述阴电极通过第一夹紧装置和垫片与所述双极膜膜堆一侧固定连接；所述阳电极通过第二夹紧装置和垫片所述双极膜膜堆另一侧固定连接；
所述酸室进料口、碱室进料口、盐室进料口、阴极室进料口和阴极室出料口分别位于所述第一夹紧装置远离所述阴电极一面；
所述酸室出料口、碱室出料口、盐室出料口、阳极室进料口和阳极室出料口分别位于所述第二夹紧装置远离所述阳电极一面。
优选的，所述酸溶液进样装置还包括酸溶液盛放容器和酸溶液输送装置，所述第一出口管通过第一连接装置与所述酸室进料口相连，所述酸溶液输送装置设置在所述第一出口管上；
所述酸室出料口通过第二连接装置与所述第一进口管的相连。
优选的，所述碱溶液进样装置还包括碱溶液盛放容器和酸溶液输送装置，所述第二出口管通过第三连接装置与所述碱室进料口相连，所述碱溶液输送装置设置在所述第二出口管上；
所述碱室出料口通过第四连接装置与所述第二进口管的相连。
优选的，所述盐溶液进样装置还包括盐溶液盛放容器和盐溶液输送装置，所述第三出口管通过第五连接装置与所述盐室进料口相连，所述盐溶液输送装置设置在所述第三出口管上；
所述盐室出料口通过第六连接装置与所述第三进口管的相连。
优选的，所述电极液进样装置还包括电极液盛放容器和盐溶液输送装置，所述第四出口管通过第七连接装置与所述阴极室进料口相连，所述盐溶液输送装置设置在所述第七连接装置上；
所述阴极室出料口通过第八连接装置与所述阳极室进料口相连；
所述阳极室出料口通过第九连接装置与所述第四进口管的相连。
一种如上所述的基于双极膜的发电装置的发电方法，包括：
将酸溶液通过酸溶液进样装置输送到双极膜膜堆的酸室中；
将碱溶液通过碱溶液进样装置输送到双极膜膜堆的碱室中；
将盐溶液通过盐溶液进样装置输送到双极膜膜堆的盐室中；
将电极液通过电极液进样装置依次输送到双极膜膜堆的阴极室和阳极室中，并收集回所述电极液进样装置；
将经过双极膜膜堆的酸室的酸溶液收集至酸溶液接收装置中；
将经过双极膜膜堆的碱室的碱溶液收集至碱溶液接收装置中；
将经过双极膜膜堆的盐室的盐溶液收集至盐溶液接收装置中。
优选的，所述酸溶液选自硫酸、盐酸、硝酸、磷酸、醋酸、甲酸溶液中的一种或几种；
优选的，所述碱溶液选自氢氧化钠、氢氧化钾、氨水溶液中的一种或几种；
优选的，所述盐溶液选自氯化钠、硝酸钠、硫酸钠、磷酸钠、醋酸钠、甲酸钠、氯化钾、硝酸钾、硫酸钾、磷酸钾、醋酸钾、甲酸钾、氯化铵、硝酸铵、硫酸铵、磷酸铵、醋酸铵、甲酸铵的一种或几种；
优选的，所述电极液选自硫酸钠、氯化钠、氯化铁、铁氰化钾、亚铁氰化钾溶液的一种或几种。
优选的，所述酸溶液的浓度为0.1～5.0mol/L；
优选的，所述碱溶液的浓度为0.1～5.0mol/L；
优选的，所述盐溶液的浓度为0.01～3.0mol/L；
优选的，所述电极液的浓度为0.05～2.0mol/L。
优选的，所述电极液为0.05～2.0mol/L K3[Fe(CN)6]、0.05～2.0mol/LK4[Fe(CN)6]和0.05～2.0mol/L NaCl的混合溶液。
(三)有益效果
本发明提供了一种基于双极膜的发电装置及其发电方法。与现有技术相比，具备以下有益效果：
本发明中双极膜膜堆两侧分别设置阴电极和阳电极，所述双极膜膜堆至少包括一个重复单元，所述重复单元自所述阳电极至阴电极方向上依次叠压有第一阳离子交换膜、第一隔网、双极膜、第二隔网、阴离子交换膜、第三隔网和第二阳离子交换膜，并对应形成阳极室、碱室、酸室、盐室和阴极室五个隔室；通过在反向电渗析技术基础上引入上述双极膜膜堆构成反向双极膜电渗析，在双极膜两侧的酸室和碱室内分别通过酸和碱，酸碱中的氢离子和氢氧根离子分别透过双极膜的阳离子交换层和阴离子交换层在双极膜中间层上发生中和反应产生水，这样在双极膜上就产生了两种梯度：pH梯度和由于酸性和碱性溶液的不同组成而产生的盐度梯度，从而实现将酸、碱溶液化学能向电能的有效转化；且整个过程在常温下即可进行，原料来源广泛、价格低廉，能量密度高、理论膜堆电压高，发电量可灵活调节，安全性能高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中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。
图1为本发明实施例提供的一种基于双极膜的发电装置的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种基于双极膜的发电装置的双极膜膜堆内部结构原理示意图，其中仅包括一个重复单元；
图3为本发明实施例提供的一种基于双极膜的发电装置的双极膜膜堆内部结构示意图，其中仅包括一个重复单元；
图4为本发明实施例提供的一种隔网的结构示意图；
图5为本发明实施例1～5膜堆开路电压随流速的变化曲线图；
图6为本发明实施例6～8膜堆开路电压随流速的变化曲线图；
图7为本发明实施例9～11膜堆开路电压随浓度的变化曲线图。
其中，双极膜膜堆1、第一阳离子交换膜22、第一隔网23、双极膜24、第二隔网25、阴离子交换膜26、第三隔网27、第二阳离子交换膜28、电子负载9、正极9a、负极9b、阴电极10、阳电极11、第一夹紧装置12、第二夹紧装置13、第一出口管14、第二出口管15、第三出口管16、第四出口管17、第一进口管18、第二进口管19、第三进口管20、第四进口管21、酸室进料口2a、酸室出料口2b、酸溶液盛放容器2c、酸溶液输送装置2d、碱室进料口3a、碱室出料口3b、碱溶液盛放容器3c、酸溶液输送装置3d、盐室进料口4a、盐室出料口4b、盐溶液盛放容器4c、盐溶液输送装置4d、阴极室进料口5a、阴极室出料口5b、电极液盛放容器5c、盐溶液输送装置5d、阳极室进料口5e、阳极室出料口5f、酸溶液接收容器6c、碱溶液接收容器7c、盐溶液接收容器8c。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本申请实施例通过提供一种基于双极膜的发电装置及其发电方法，解决了现有的反向电渗析技术提供的理论膜电位有限、能量密度不高的技术问题，实现既能保留反向电渗析发电技术稳定且成本低的优点，又能克服其理论膜电位有限、能量密度低等不足的有益效果。
本申请实施例中的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
本发明实施例中双极膜膜堆两侧分别设置阴电极和阳电极，所述双极膜膜堆至少包括一个重复单元，所述重复单元自所述阳电极至阴电极方向上依次叠压有第一阳离子交换膜、第一隔网、双极膜、第二隔网、阴离子交换膜、第三隔网和第二阳离子交换膜，并对应形成阳极室、碱室、酸室、盐室和阴极室五个隔室；通过在反向电渗析技术基础上引入上述双极膜膜堆构成反向双极膜电渗析，在双极膜两侧的酸室和碱室内分别通过酸和碱，酸碱中的氢离子和氢氧根离子分别透过双极膜的阳离子交换层和阴离子交换层在双极膜中间层上发生中和反应产生水，这样在双极膜上就产生了两种梯度：pH梯度和由于酸性和碱性溶液的不同组成而产生的盐度梯度，从而实现将酸、碱溶液化学能向电能的有效转化；且整个过程在常温下即可进行，原料来源广泛、价格低廉，能量密度高、理论膜堆电压高，发电量可灵活调节，安全性能高。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
第一方面，如图1～4所示，本发明实施例提供了一种基于双极膜的发电装置，包括：双极膜膜堆1、酸溶液进样装置、碱溶液进样装置、盐溶液进样装置、电极液进样装置、酸溶液接收装置、碱溶液接收装置、盐溶液接收装置、电子负载9、阴电极10、阳电极11、第一夹紧装置12、第二夹紧装置13和垫片。
所述双极膜膜堆1两侧分别设置所述阴电极10和阳电极11。
如图2～3所示，所述双极膜膜堆1至少包括一个重复单元，所述重复单元自所述阳电极11至阴电极10方向上依次叠压有第一阳离子交换膜22、第一隔网23、双极膜24、第二隔网25、阴离子交换膜26、第三隔网27和第二阳离子交换膜28，并对应形成阳极室、碱室、酸室、盐室和阴极室五个隔室。
具体来说，所述阳电极11与第一阳离子交换膜22之间形成阳极室，所述第一阳离子交换膜22与双极膜24之间形成碱室，所述双极膜24与阴离子交换膜26之间形成酸室，所述阴离子交换膜26与第二阳离子交换膜28之间形成盐室，所述第二阳离子交换膜28与阴电极10之间形成阴极室；所述第一隔网23、第二隔网25、第三隔网27分别位于所述碱室、酸室、盐室内。
在本发明的实施例中，所述双极膜膜堆1可以包括1～30个所述重复单元；在另外的实施例中，所述双极膜膜堆1也可以包括3～20个所述重复单元；在其他的实施例中，所述双极膜膜堆1还可以包括5个所述重复单元。
在本发明实施例中，每张所述第一阳离子交换膜22、双极膜24、阴离子交换膜26、第三隔网27和第二阳离子交换膜28的有效面积可以为140～220cm2；在另外的实施例中，每张所述第一阳离子交换膜22、双极膜24、阴离子交换膜26、第三隔网27和第二阳离子交换膜28的有效面积也可以为160～200cm2；在其他的实施例中，每张所述第一阳离子交换膜22、双极膜24、阴离子交换膜26、第三隔网27和第二阳离子交换膜28的有效面积也可以为188.2cm2。
各个隔网位于离子交换膜与离子交换膜之间，材质优选为聚苯乙烯，边缘优选包括小孔；如图4所示，所述小孔包括密封小孔和开口小孔，所述密封小孔用于使得液体流动流穿整个膜堆，所述开口小孔的开口方向优选为隔网中部，使得溶液在流道隔网中一方面进行传质交换，另一方面按照开口小孔方向流出。
所述第一阳离子交换膜22、双极膜24、阴离子交换膜26、第三隔网27和第二阳离子交换膜28上优选也包括小孔，小孔均为封闭小孔，且位于膜边缘。通过上述膜和隔网的组成以及小孔的设置从而使得独立的隔室各自之间可以进行离子交换。
如图1所示，所述酸溶液进样装置的第一出口管14与酸室进料口2a相连，酸室出料口2b与所述酸溶液接收装置的第一进口管18相连。
所述酸溶液进样装置还包括酸溶液盛放容器2c和酸溶液输送装置2d。为了便于酸溶液的循环流动，所述第一出口管14通过第一连接装置与所述酸室进料口2a相连，所述酸溶液输送装置2d设置在所述第一出口管14上；所述酸室出料口2b通过第二连接装置与所述第一进口管18的相连。
在本发明的实施例中，所述酸溶液盛放容器2c用于盛放酸溶液，在此对所述酸溶液盛放接收容器的形状、材质和尺寸没有特殊的限制，满足实际操作条件即可，可以为酸室进料罐；所述酸溶液输送装置2d用于将所述酸溶液盛放容器2c中的酸溶液输送至所述酸室中，可以为酸室进料蠕动泵；所述酸溶液接收装置优选包括酸溶液接收容器6c，所述酸溶液接收容器6c可以为酸室出料罐；所述第一连接装置和第二连接装置均可以为乳胶管。
如图1所示，所述碱溶液进样装置的第二出口管15与碱室进料口3a相连，碱室出料口3b与所述碱溶液接收装置的第二进口管19相连。
所述碱溶液进样装置还包括碱溶液盛放容器3c和酸溶液输送装置3d。为了便于碱溶液的循环流动，所述第二出口管15通过第三连接装置与所述碱室进料口3a相连，所述碱溶液输送装置3d设置在所述第二出口管15上；所述碱室出料口3b通过第四连接装置与所述第二进口管19的相连。
在本发明的实施例中，所述碱溶液盛放容器3c用于盛放碱溶液，在此对所述碱溶液盛放接收容器的形状、材质和尺寸没有特殊的限制，满足实际操作条件即可，可以为碱室进料罐；所述碱溶液输送装置3d用于将所述碱溶液盛放容器中3c的碱溶液输送至所述碱室中，可以为碱室进料蠕动泵；所述碱溶液接收装置优选包括碱溶液接收容器7c，所述碱溶液接收容器7c可以为碱室出料罐；所述第三连接装置和第四连接装置均可以为乳胶管。
如图1所示，所述盐溶液进样装置的第三出口管16与盐室进料口4a相连，盐室出料口4b与所述盐溶液接收装置的第三进口管20相连。
所述盐溶液进样装置还包括盐溶液盛放容器4c和盐溶液输送装置4d。为了便于盐溶液的循环流动，所述第三出口管16通过第五连接装置与所述盐室进料口4a相连，所述盐溶液输送装置4d设置在所述第三出口管16上；所述盐室出料口4b通过第六连接装置与所述第三进口管20的相连。
在本发明的实施例中，所述盐溶液盛放容器4c用于盛放盐溶液，可以为盐室进料罐；所述盐溶液输送装置4d用于将所述盐溶液盛放容器4c中的盐溶液输送至所述盐室中，可以为盐室进料蠕动泵；所述盐溶液接收装置优选包括盐溶液接收容器8c，所述盐溶液接收容器8c可以为盐室出料罐；所述第五连接装置和第六连接装置均可以为乳胶管。
如图1所示，所述电极液进样装置的第四出口管17与阴极室进料口5a相连，阴极室出料口5b与阳极室进料口5e相连，阳极室出料口5f与所述电极液进样装置的第四进口管21相连。
所述电极液进样装置还包括电极液盛放容器5c和盐溶液输送装置5d。为了便于电极液的循环流动，所述第四出口管17通过第七连接装置与所述阴极室进料口5a相连，所述盐溶液输送装置5d设置在所述第七连接装置上；所述阴极室出料口5b通过第八连接装置与所述阳极室进料口5e相连；所述阳极室出料口5f通过第九连接装置与所述第四进口管21的相连，使得电极液进料装置5和阴阳极室之间形成循环回路。特别的，所述第四出口管17可以与第四进口管21相同，也可以不同。
在本发明的实施例中，所述电极液盛放容器5c用于盛放电极液，可以为电极室罐；所述电极液输送装置5d用于将所述电极液盛放容器5c中的电极液输送至所述电极室中，可以为电极室蠕动泵；所述第七连接装置、第八连接装置和第九连接装置均可以为乳胶管。
如图1所示，所述阴电极10与所述电子负载9的负极9b相连，所述阳电极11与所述电子负载9的正极9a相连。
所述垫片分别位于所述阴电极10和阳电极11与所述双极膜膜堆1两侧之间；所述阴电极10通过第一夹紧装置12和垫片与所述双极膜膜堆1一侧固定连接；所述阳电极11通过第二夹紧装置13和垫片所述双极膜膜堆1另一侧固定连接。
所述阴电极10和阳电极11选自表面涂布有催化剂的镍片、钛片、不锈钢片、泡沫镍片、泡沫钛片、镍网、钛网和不锈钢网中的至少一种，所述催化剂选自铂、钉、铱、钌以及它们的氧化物或硫化物中的至少一种。
本发明实施例对所述第一夹紧装置12、第二夹紧装置13没有特殊的限制，满足实际操作条件即可。例如，所述第一夹紧装置12、第二夹紧装置13可以由夹紧板和螺栓组成，即将两块夹紧板分别设置于所述双极膜膜堆1的两侧，并用螺栓紧固。
如图1所示，所述酸室进料口2a、碱室进料口3a、盐室进料口4a、阴极室进料口5a和阴极室出料口5b分别位于所述第一夹紧装置12远离所述阴电极10一面的不同位置上；所述酸室出料口2b、碱室出料口3b、盐室出料口4b、阳极室进料口5e和阳极室出料口5f分别位于所述第二夹紧装置13远离所述阳电极11一面的不同位置上。
本发明实施例提供的发电装置的工作原理如下：
通过在反向电渗析技术基础上引入上述双极膜膜堆构成反向双极膜电渗析，在双极膜两侧的酸室和碱室内分别通过酸和碱，酸碱中的氢离子和氢氧根离子分别透过双极膜的阳离子交换层和阴离子交换层在双极膜中间层上发生中和反应产生水，这样在双极膜上就产生了两种梯度：pH梯度和由于酸性和碱性溶液的不同组成而产生的盐度梯度，从而实现将酸、碱溶液化学能向电能的有效转化。
由于现有的反向电渗析技术依靠的是离子交换膜两侧溶液浓度差来驱动离子迁移，可由能斯特方程计算理论膜电位如下：
其中，α为离子交换膜的选择透过性，R为气体常数，T为绝对温度，F为法拉第常数，a高为高浓度盐溶液离子活度，a低为低浓度盐溶液离子活度，z为离子价态。
由此可见，膜电位主要受离子交换膜两侧高、低浓度盐溶液的活度比值决定的。然而，受溶液的饱和浓度限制例如，饱和氯化钠盐溶液的浓度在～6mol/L，离子交换膜两侧溶液的活度比最多达几百倍，因此，反向电渗析提供的理论膜电位有限、能量密度不高。
而本发明实施例不同于上述盐溶液的是酸、碱溶液的饱和浓度较高，例如，浓盐酸和饱和氢氧化钠的浓度最高可至～13.75mol/L和～20mol/L，因此，理论储能密度较大。同样地，可根据能斯特方程计算双极膜的理论膜电位：
其中，αCEL、αAEL为双极膜的阳膜层、阴膜层的选择透过性，R为气体常数，T为绝对温度，F为法拉第常数，a为离子活度，为氢离子和氢氧根离子的离子价态，为双极膜阳面层上氢离子活度，为双极膜中间层上氢离子活度，为双极膜阴面层上氢氧根离子活度，为双极膜中间层上氢氧根离子活度，为平均离子活度，KW为水的解离常数。
由此可见，本发明实施例提供的理论膜电压高，同时能有效克服反向电渗析发电技术能量密度低的不足；且整个过程在常温下即可进行，原料来源广泛、价格低廉，能量密度高、理论膜堆电压高，发电量可灵活调节，安全性能高。
第二方面，本发明实施例还提供了一种上述基于双极膜的发电装置的发电方法，包括：
将酸溶液通过酸溶液进样装置输送到双极膜膜堆1的酸室中；
将碱溶液通过碱溶液进样装置输送到双极膜膜堆1的碱室中；
将盐溶液通过盐溶液进样装置输送到双极膜膜堆1的盐室中；
将电极液通过电极液进样装置依次输送到双极膜膜堆1的阴极室和阳极室中，并收集回所述电极液进样装置；
将经过双极膜膜堆1的酸室的酸溶液收集至酸溶液接收装置中；
将经过双极膜膜堆1的碱室的碱溶液收集至碱溶液接收装置中；
将经过双极膜膜堆1的盐室的盐溶液收集至盐溶液接收装置中。
所述酸室酸溶液中的氢离子和所述碱室碱溶液中的氢氧根离子扩散至双极膜24中间层发生酸碱中和反应，从而引起离子的定向移动。在所述双极膜24中间发生的酸碱中和反应引起的离子定向移动之下，所述酸室酸溶液中的酸根离子和所述碱室碱溶液中的阳离子向盐室发生迁移，再结合电极液的氧化还原反应，可实现酸碱溶液的化学能向电能的转化。
在本发明实施例中，所述酸溶液优选为硫酸、盐酸、硝酸、磷酸、甲酸溶液中的一种或几种，更优选为盐酸、硫酸、磷酸溶液的一种或几种，最优选为盐酸溶液。在本发明实施例中，所述酸溶液浓度优选为0.1～5mol/L，更优选为0.1～4mol/L，最优选为0.3～0.7mol/L，最最优选为0.5mol/L。
在本发明实施例中，所述碱溶液优选为氢氧化钠、氢氧化钾、氨水溶液中的一种或几种，更优选为氢氧化钠、氢氧化钾溶液中的一种或几种，最优选为氢氧化钠溶液。在本发明中，所述碱溶液浓度优选为0.1～5mol/L，更优选为0.1～4mol/L，最优选为0.3～0.7mol/L，最最优选为0.5mol/L。
在本发明实施例中，所述盐溶液优选为氯化钠、硝酸钠、硫酸钠、磷酸钠、醋酸钠、甲酸钠、氯化钾、硝酸钾、硫酸钾、磷酸钾、醋酸钾、甲酸钾、氯化铵、硝酸铵、硫酸铵、磷酸铵、醋酸铵、甲酸铵溶液的一种或几种，更优选为氯化钠、氯化钾、氯化铵溶液的一种或几种，最优选为氯化钠溶液。在本发明中，所述盐溶液浓度优选为0.01～3mol/L，更优选为0.01～2mol/L，最优选为0.01～0.1mol/L，最最优选为0.03mol/L。
在本发明实施例中，所述电极液优选为无机盐溶液，更优选为无机盐溶液硫酸钠、氯化钠、氯化铁、铁氰化钾、亚铁氰化钾溶液中的一种或几种，最优选为氯化钠、铁氰化钾、亚铁氰化钾的混合溶液。在本发明实施例中，所述电极液的浓度优选为0.1～5.0mol/L，具体为0.05～2.0mol/L K3[Fe(CN)6]、0.05～2.0mol/L K4[Fe(CN)6]和0.05～2.0mol/L NaCl的混合溶液，更优选为0.075～1.0mol/L K3[Fe(CN)6]、0.075～1.0mol/LK4[Fe(CN)6]和0.075～1.0mol/L NaCl的混合溶液，最优选为0.1mol/LK3[Fe(CN)6]、0.1mol/L K4[Fe(CN)6]和0.25mol/L NaCl的混合溶液。
在本发明实施例中，在运行装置之前，优选使得溶液在装置内部流动以排出气泡；待气泡排出后，连接电子负载9，运行装置。更优选的，所述使得溶液流动具体为开启蠕动泵，使得阳极室、阴极室、酸室、碱室、盐室的溶液各自流动。
可理解的是，本发明实施例提供的发电方法与本发明实施例提供的基于双极膜的发电装置相对应，其有关内容的解释、举例和有益效果等部分可以参考基于上述基于双极膜的发电装置中的相应部分，此处不再赘述。
为了进一步了解本发明，下面结合实施例对本发明提供的基于双极膜的发电装置及其方法进行详细描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1：
组装所述装置：具体的，阴离子交换膜、阳离子交换膜和双极膜依次叠压后加上流道隔网和密封垫等辅助材料构成的5组重复单元构成的双极膜膜堆1，其中，阴离子交换膜和阳离子交换膜为市售进口膜，双极膜为市售国产膜，每张膜的有效面积为188.2cm2，及分别设置在膜堆两端的钛涂钌材质的阴阳电极10和11，和设置在电极两端的夹紧装置12、13通过螺栓夹紧形成的双极膜装置，其阴极室进料口5a、出料口5b，阳极室进料口5e、出料口5f，酸室进料口2a、出料口2b，碱室进料口3a、出料口3b，盐室进料口4a、出料口4b分别通过乳胶管经电极室蠕动泵、酸室进料蠕动泵、碱室进料蠕动泵、盐室进料蠕动泵连接到相应的电极室罐、酸室进料罐、碱室进料罐、盐室进料罐，形成电极室、酸室、碱室、盐室四个独立的溶液通道，将双极膜装置的阳电极11和阴电极10分别通过导线与配套电子负载9的正极9a和负极9b相连接。
采用上述所示的基于双极膜的发电装置发电，包括以下步骤：
向电极室罐中灌注500mL摩尔浓度为0.10mol/L K3[Fe(CN)6]、0.10mol/L K4[Fe(CN)6]和0.25mol/L NaCl的混合溶液，电极室罐中的电极液体积占电极室罐体积的50％，调节电极室蠕动泵流速为150mL/min。
向酸室进料罐中灌注14L摩尔浓度为0.3mol/L的盐酸溶液，酸室进料罐中的酸液体积占酸室进料罐体积的90％，调节酸室蠕动泵流速为40mL/min。
向碱室进料罐中灌注14L摩尔浓度为0.3mol/L的氢氧化钠溶液，碱室进料罐中的碱液体积占碱室进料罐体积的90％，调节碱室蠕动泵流速为40mL/min。
向盐室进料罐中灌注14L摩尔浓度为0.03mol/L的氯化钠溶液，盐室进料罐中的盐液体积占盐室进料罐体积的90％，调节盐室蠕动泵流速为40mL/min。
打开酸室进料蠕动泵、碱室进料蠕动泵、盐室进料蠕动泵、电极室蠕动泵，使酸室进料罐、碱室进料罐、盐室进料罐、电极室罐的溶液进行连续流动排除装置内部的气泡。
上述酸室进料罐、碱室进料罐、盐室进料罐、电极室罐中的溶液连续流动7min后连接电子负载。
本实施例在发电的过程中测试了膜堆开路电压(OCV)、膜堆电阻(R)和最大功率(Pmax)，测试结果如表1所示。
实施例2：
采用实施例1所示的基于双极膜的发电装置发电，包括以下步骤：
向电极室罐中灌注500mL摩尔浓度为0.10mol/L K3[Fe(CN)6]、0.10mol/L K4[Fe(CN)6]和0.25mol/L NaCl的混合溶液，电极室罐中的电极液体积占电极室罐体积的50％，调节电极室蠕动泵流速为150mL/min。
向酸室进料罐中灌注14L摩尔浓度为0.3mol/L的盐酸溶液，酸室进料罐中的酸液体积占酸室进料罐体积的90％，调节酸室蠕动泵流速为50mL/min。
向碱室进料罐中灌注14L摩尔浓度为0.3mol/L的氢氧化钠溶液，碱室进料罐中的碱液体积占碱室进料罐体积的90％，调节碱室蠕动泵流速为50mL/min。
向盐室进料罐中灌注14L摩尔浓度为0.03mol/L的氯化钠溶液，盐室进料罐中的盐液体积占盐室进料罐体积的90％，调节盐室蠕动泵流速为50mL/min。
打开酸室进料蠕动泵、碱室进料蠕动泵、盐室进料蠕动泵、电极室蠕动泵，使酸室进料罐、碱室进料罐、盐室进料罐、电极室罐的溶液进行连续流动排除装置内部的气泡。
上述酸室进料罐、碱室进料罐、盐室进料罐、电极室罐中的溶液连续流动7min后连接电子负载。
本实施例在发电的过程中测试了膜堆开路电压(OCV)、膜堆电阻(R)和最大功率(Pmax)，测试结果如表1所示。
实施例3：
采用实施例1所示的基于双极膜的发电装置发电，包括以下步骤：
向电极室罐中灌注500mL摩尔浓度为0.10mol/L K3[Fe(CN)6]、0.10mol/L K4[Fe(CN)6]和0.25mol/L NaCl的混合溶液，电极室罐中的电极液体积占电极室罐体积的50％，调节电极室蠕动泵流速为150mL/min。
向酸室进料罐中灌注14L摩尔浓度为0.3mol/L的盐酸溶液，酸室进料罐中的酸液体积占酸室进料罐体积的90％，调节酸室蠕动泵流速为60mL/min。
向碱室进料罐中灌注14L摩尔浓度为0.3mol/L的氢氧化钠溶液，碱室进料罐中的碱液体积占碱室进料罐体积的90％，调节碱室蠕动泵流速为60mL/min。
向盐室进料罐中灌注14L摩尔浓度为0.03mol/L的氯化钠溶液，盐室进料罐中的盐液体积占盐室进料罐体积的90％，调节盐室蠕动泵流速为60mL/min。
打开酸室进料蠕动泵、碱室进料蠕动泵、盐室进料蠕动泵、电极室蠕动泵，使酸室进料罐、碱室进料罐、盐室进料罐、电极室罐的溶液进行连续流动排除装置内部的气泡。
上述酸室进料罐、碱室进料罐、盐室进料罐、电极室罐中的溶液连续流动7min后连接电子负载。
本实施例在发电的过程中测试了膜堆开路电压(OCV)、膜堆电阻(R)和最大功率(Pmax)，测试结果如表1所示。
实施例4：
采用实施例1所示的基于双极膜的发电装置发电，包括以下步骤：
向电极室罐中灌注500mL摩尔浓度为0.10mol/L K3[Fe(CN)6]、0.10mol/L K4[Fe(CN)6]和0.25mol/L NaCl的混合溶液，电极室罐中的电极液体积占电极室罐体积的50％，调节电极室蠕动泵流速为150mL/min。
向酸室进料罐中灌注14L摩尔浓度为0.3mol/L的盐酸溶液，酸室进料罐中的酸液体积占酸室进料罐体积的90％，调节酸室蠕动泵流速为70mL/min。
向碱室进料罐中灌注14L摩尔浓度为0.3mol/L的氢氧化钠溶液，碱室进料罐中的碱液体积占碱室进料罐体积的90％，调节碱室蠕动泵流速为70mL/min。
向盐室进料罐中灌注14L摩尔浓度为0.03mol/L的氯化钠溶液，盐室进料罐中的盐液体积占盐室进料罐体积的90％，调节盐室蠕动泵流速为70mL/min。
打开酸室进料蠕动泵、碱室进料蠕动泵、盐室进料蠕动泵、电极室蠕动泵，使酸室进料罐、碱室进料罐、盐室进料罐、电极室罐的溶液进行连续流动排除装置内部的气泡。
上述酸室进料罐、碱室进料罐、盐室进料罐、电极室罐中的溶液连续流动7min后连接电子负载。
本实施例在发电的过程中测试了膜堆开路电压(OCV)、膜堆电阻(R)和最大功率(Pmax)，测试结果如表1所示。
实施例5：
采用实施例1所示的基于双极膜的发电装置发电，包括以下步骤：
向电极室罐中灌注500mL摩尔浓度为0.10mol/L K3[Fe(CN)6]、0.10mol/L K4[Fe(CN)6]和0.25mol/L NaCl的混合溶液，电极室罐中的电极液体积占电极室罐体积的50％，调节电极室蠕动泵流速为150mL/min。
向酸室进料罐中灌注14L摩尔浓度为0.3mol/L的盐酸溶液，酸室进料罐中的酸液体积占酸室进料罐体积的90％，调节酸室蠕动泵流速为80mL/min。
向碱室进料罐中灌注14L摩尔浓度为0.3mol/L的氢氧化钠溶液，碱室进料罐中的碱液体积占碱室进料罐体积的90％，调节碱室蠕动泵流速为80mL/min。
向盐室进料罐中灌注14L摩尔浓度为0.03mol/L的氯化钠溶液，盐室进料罐中的盐液体积占盐室进料罐体积的90％，调节盐室蠕动泵流速为80mL/min。
打开酸室进料蠕动泵、碱室进料蠕动泵、盐室进料蠕动泵、电极室蠕动泵，使酸室进料罐、碱室进料罐、盐室进料罐、电极室罐的溶液进行连续流动排除装置内部的气泡。
上述酸室进料罐、碱室进料罐、盐室进料罐、电极室罐中的溶液连续流动7min后连接电子负载。
本实施例在发电的过程中测试了膜堆开路电压(OCV)、膜堆电阻(R)和最大功率(Pmax)，测试结果如表1所示。
如图5所示，为本发明实施例1-5膜堆开路电压随流速的变化曲线图。
实施例6：
采用实施例1所示的基于双极膜的发电装置发电，其中双极膜置换为市售进口膜，包括以下步骤：
向电极室罐中灌注500mL摩尔浓度为0.10mol/L K3[Fe(CN)6]、0.10mol/L K4[Fe(CN)6]和0.25mol/L NaCl的混合溶液，电极室罐中的电极液体积占电极室罐体积的50％，调节电极室蠕动泵流速为150mL/min。
向酸室进料罐中灌注14L摩尔浓度为0.3mol/L的盐酸溶液，酸室进料罐中的酸液体积占酸室进料罐体积的90％，调节酸室蠕动泵流速为40mL/min。
向碱室进料罐中灌注14L摩尔浓度为0.3mol/L的氢氧化钠溶液，碱室进料罐中的碱液体积占碱室进料罐体积的90％，调节碱室蠕动泵流速为40mL/min。
向盐室进料罐中灌注14L摩尔浓度为0.03mol/L的氯化钠溶液，盐室进料罐中的盐液体积占盐室进料罐体积的90％，调节盐室蠕动泵流速40mL/min。
打开酸室进料蠕动泵、碱室进料蠕动泵、盐室进料蠕动泵、电极室蠕动泵，使酸室进料罐、碱室进料罐、盐室进料罐、电极室罐的溶液进行连续流动排除装置内部的气泡。
上述酸室进料罐、碱室进料罐、盐室进料罐、电极室罐中的溶液连续流动7min后连接电子负载。
本实施例在发电的过程中测试了膜堆开路电压(OCV)、膜堆电阻(R)和最大功率(Pmax)，测试结果如表1所示。
实施例7：
采用实施例1所示的基于双极膜的发电装置发电，其中双极膜置换为市售进口膜，包括以下步骤：
向电极室罐中灌注500mL摩尔浓度为0.10mol/L K3[Fe(CN)6]、0.10mol/L K4[Fe(CN)6]和0.25mol/L NaCl的混合溶液，电极室罐中的电极液体积占电极室罐体积的50％，调节电极室蠕动泵流速为150mL/min。
向酸室进料罐中灌注14L摩尔浓度为0.3mol/L的盐酸溶液，酸室进料罐中的酸液体积占酸室进料罐体积的90％，调节酸室蠕动泵流速为50mL/min。
向碱室进料罐中灌注14L摩尔浓度为0.3mol/L的氢氧化钠溶液，碱室进料罐中的碱液体积占碱室进料罐体积的90％，调节碱室蠕动泵流速为50mL/min。
向盐室进料罐中灌注14L摩尔浓度为0.03mol/L的氯化钠溶液，盐室进料罐中的盐液体积占盐室进料罐体积的90％，调节盐室蠕动泵流速50mL/min。
打开酸室进料蠕动泵、碱室进料蠕动泵、盐室进料蠕动泵、电极室蠕动泵，使酸室进料罐、碱室进料罐、盐室进料罐、电极室罐的溶液进行连续流动排除装置内部的气泡。
上述酸室进料罐、碱室进料罐、盐室进料罐、电极室罐中的溶液连续流动7min后连接电子负载。
本实施例在发电的过程中测试了膜堆开路电压(OCV)、膜堆电阻(R)和最大功率(Pmax)，测试结果如表1所示。
实施例8：
采用实施例1所示的基于双极膜的发电装置发电，其中双极膜置换为市售进口膜，包括以下步骤：
向电极室罐中灌注500mL摩尔浓度为0.10mol/L K3[Fe(CN)6]、0.10mol/L K4[Fe(CN)6]和0.25mol/L NaCl的混合溶液，电极室罐中的电极液体积占电极室罐体积的50％，调节电极室蠕动泵流速为150mL/min。
向酸室进料罐中灌注14L摩尔浓度为0.3mol/L的盐酸溶液，酸室进料罐中的酸液体积占酸室进料罐体积的90％，调节酸室蠕动泵流速为60mL/min。
向碱室进料罐中灌注14L摩尔浓度为0.3mol/L的氢氧化钠溶液，碱室进料罐中的碱液体积占碱室进料罐体积的90％，调节碱室蠕动泵流速为60mL/min。
向盐室进料罐中灌注14L摩尔浓度为0.03mol/L的氯化钠溶液，盐室进料罐中的盐液体积占盐室进料罐体积的90％，调节盐室蠕动泵流速60mL/min。
打开酸室进料蠕动泵、碱室进料蠕动泵、盐室进料蠕动泵、电极室蠕动泵，使酸室进料罐、碱室进料罐、盐室进料罐、电极室罐的溶液进行连续流动排除装置内部的气泡。
上述酸室进料罐、碱室进料罐、盐室进料罐、电极室罐中的溶液连续流动7min后连接电子负载。
本实施例在发电的过程中测试了膜堆开路电压(OCV)、膜堆电阻(R)和最大功率(Pmax)，测试结果如表1所示。
如图6所示，为本发明实施例6-8膜堆开路电压随流速的变化曲线图；
实施例9：
采用实施例1所示的基于双极膜的发电装置发电，其中双极膜置换为市售进口膜，包括以下步骤：
向电极室罐中灌注500mL摩尔浓度为0.10mol/L K3[Fe(CN)6]、0.10mol/L K4[Fe(CN)6]和0.25mol/L NaCl的混合溶液，电极室罐中的电极液体积占电极室罐体积的50％，调节电极室蠕动泵流速为150mL/min。
向酸室进料罐中灌注14L摩尔浓度为0.5mol/L的盐酸溶液，酸室进料罐中的酸液体积占酸室进料罐体积的90％，调节酸室蠕动泵流速为50mL/min。
向碱室进料罐中灌注14L摩尔浓度为0.5mol/L的氢氧化钠溶液，碱室进料罐中的碱液体积占碱室进料罐体积的90％，调节碱室蠕动泵流速为50mL/min。
向盐室进料罐中灌注14L摩尔浓度为0.03mol/L的氯化钠溶液，盐室进料罐中的盐液体积占盐室进料罐体积的90％，调节盐室蠕动泵流速50mL/min。
打开酸室进料蠕动泵、碱室进料蠕动泵、盐室进料蠕动泵、电极室蠕动泵，使酸室进料罐、碱室进料罐、盐室进料罐、电极室罐的溶液进行连续流动排除装置内部的气泡。
上述酸室进料罐、碱室进料罐、盐室进料罐、电极室罐中的溶液连续流动7min后连接电子负载。
本实施例在发电的过程中测试了膜堆开路电压(OCV)、膜堆电阻(R)和最大功率(Pmax)，测试结果如表1所示。
实施例10：
采用实施例1所示的基于双极膜的发电装置发电，其中双极膜置换为市售进口膜，包括以下步骤：
向电极室罐中灌注500mL摩尔浓度为0.10mol/L K3[Fe(CN)6]、0.10mol/L K4[Fe(CN)6]和0.25mol/L NaCl的混合溶液，电极室罐中的电极液体积占电极室罐体积的50％，调节电极室蠕动泵流速为150mL/min。
向酸室进料罐中灌注14L摩尔浓度为0.9mol/L的盐酸溶液，酸室进料罐中的酸液体积占酸室进料罐体积的90％，调节酸室蠕动泵流速为50mL/min。
向碱室进料罐中灌注14L摩尔浓度为0.9mol/L的氢氧化钠溶液，碱室进料罐中的碱液体积占碱室进料罐体积的90％，调节碱室蠕动泵流速为50mL/min。
向盐室进料罐中灌注14L摩尔浓度为0.03mol/L的氯化钠溶液，盐室进料罐中的盐液体积占盐室进料罐体积的90％，调节盐室蠕动泵流速50mL/min。
打开酸室进料蠕动泵、碱室进料蠕动泵、盐室进料蠕动泵、电极室蠕动泵，使酸室进料罐、碱室进料罐、盐室进料罐、电极室罐的溶液进行连续流动排除装置内部的气泡。
上述酸室进料罐、碱室进料罐、盐室进料罐、电极室罐中的溶液连续流动7min后连接电子负载。
本实施例在发电的过程中测试了膜堆开路电压(OCV)、膜堆电阻(R)和最大功率(Pmax)，测试结果如表1所示。
实施例11：
采用实施例1所示的基于双极膜的发电装置发电，其中双极膜置换为市售进口膜，包括以下步骤：
向电极室罐中灌注500mL摩尔浓度为0.10mol/L K3[Fe(CN)6]、0.10mol/L K4[Fe(CN)6]和0.25mol/L NaCl的混合溶液，电极室罐中的电极液体积占电极室罐体积的50％，调节电极室蠕动泵流速为150mL/min。
向酸室进料罐中灌注14L摩尔浓度为1.1mol/L的盐酸溶液，酸室进料罐中的酸液体积占酸室进料罐体积的90％，调节酸室蠕动泵流速为50mL/min。
向碱室进料罐中灌注14L摩尔浓度为1.1mol/L的氢氧化钠溶液，碱室进料罐中的碱液体积占碱室进料罐体积的90％，调节碱室蠕动泵流速为50mL/min。
向盐室进料罐中灌注14L摩尔浓度为0.03mol/L的氯化钠溶液，盐室进料罐中的盐液体积占盐室进料罐体积的90％，调节盐室蠕动泵流速50mL/min。
打开酸室进料蠕动泵、碱室进料蠕动泵、盐室进料蠕动泵、电极室蠕动泵，使酸室进料罐、碱室进料罐、盐室进料罐、电极室罐的溶液进行连续流动排除装置内部的气泡。
上述酸室进料罐、碱室进料罐、盐室进料罐、电极室罐中的溶液连续流动7min后连接电子负载。
本实施例在发电的过程中测试了膜堆开路电压(OCV)、膜堆电阻(R)和最大功率(Pmax)，测试结果如表1所示。
如图7所示，为本发明实施例9-11膜堆开路电压随浓度的变化曲线图。
表1本发明实施例1～实施例11的膜堆开路电压、膜堆电阻及最大功率
OCV/V
R/Ω
P<sub>max</sub>/W
实施例1
3.773
2.294
1.4063
实施例2
3.853
2.253
1.4520
实施例3
3.913
2.513
1.3955
实施例4
4.107
2.601
1.3600
实施例5
4.103
2.868
1.2640
实施例6
4.106
1.486
2.3353
实施例7
4.113
1.435
2.3757
实施例8
4.120
1.602
2.3257
实施例9
4.303
1.369
2.6083
实施例10
4.360
1.556
2.5827
实施例11
4.427
1.315
2.8213
综上所述，与现有技术相比，具备以下有益效果：
本发明实施例中双极膜膜堆两侧分别设置阴电极和阳电极，所述双极膜膜堆至少包括一个重复单元，所述重复单元自所述阳电极至阴电极方向上依次叠压有第一阳离子交换膜、第一隔网、双极膜、第二隔网、阴离子交换膜、第三隔网和第二阳离子交换膜，并对应形成阳极室、碱室、酸室、盐室和阴极室五个隔室；通过在反向电渗析技术基础上中引入上述双极膜膜堆构成反向双极膜电渗析，在双极膜两侧的酸室和碱室内分别通过酸和碱，酸碱中的氢离子和氢氧根离子分别透过双极膜的阳离子交换层和阴离子交换层在双极膜中间层上发生中和反应产生水，这样在双极膜上就产生了两种梯度：pH梯度和由于酸性和碱性溶液的不同组成而产生的盐度梯度，从而实现将酸、碱溶液化学能向电能的有效转化；且整个过程在常温下即可进行，原料来源广泛、价格低廉，能量密度高、理论膜堆电压高，发电量可灵活调节，安全性能高。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种以木材为基底的可持续产电装置