一种稀土电极、制备方法及平板式风力发电装置

摘要

本发明提供一种稀土电极、制备方法及平板式风力发电装置，属于稀土电极领域。该稀土电极是将碳酸铯溶解于溶剂中得到浑浊液，将浑浊液以化学沉积的方式涂敷在电极基体上而得到的，所述的电极基体由多孔材料制成。本发明还提供一种稀土电极的制备方法。本发明还提供一种平板式风力发电装置。该装置利用稀土电极的负电子亲和特性，通过施加一定的电压使其发射出可控的空间电荷，该空间电荷与流体耦合而形成的电流体在风力的作用下，被输运到预定的空间，当这些空间电荷被收集后，会形成一个逐渐攀升的电场，将此电场的一个极板与大地连接后，就会形成可以做功的电流，从而将风能转化为电能。

权利要求

1.一种稀土电极，其特征在于，该稀土电极是将碳酸铯溶解于溶剂中得到浑浊液，将浑浊液以化学沉积的方式涂敷在电极基体上而得到的，所述的电极基体由多孔材料制成；

所述的稀土电极的制备方法，包括：

步骤一：将镍粉、钛粉、石英、碳酸钙、碳酸镁、粘土、造孔剂和粘结剂混合，经球磨、造粒，筛选后，得到粉末；

步骤二：将步骤一得到的粉末进行注射模成型，将成型后的产品进行烧结，得到电极基体；

步骤三：将碳酸铯溶液、硝酸镧溶液、硝酸锶溶液和硝酸锰溶液混合，然后加入螯合剂和分散剂进行反应，得到凝胶；

步骤四：将步骤二得到的电极基体放入步骤三得到的凝胶中浸泡，然后再放入氢气炉中反应，得到稀土电极。

2.根据权利要求1所述的一种稀土电极的制备方法，其特征在于，所述的步骤一镍粉、钛粉、石英、碳酸钙、碳酸镁、粘土、造孔剂和粘结剂的重量百分比为10：10：38：5：5：5：20：7。

3.根据权利要求1或2所述的一种稀土电极的制备方法，其特征在于，所述的步骤一造孔剂为石墨粉。

4.根据权利要求1或2所述的一种稀土电极的制备方法，其特征在于，所述的步骤一粘结剂为聚乙烯醇。

5.根据权利要求1所述的一种稀土电极的制备方法，其特征在于，所述的步骤二烧结温度为400-1000℃，烧结时间为12h。

6.根据权利要求1所述的一种稀土电极的制备方法，其特征在于，所述的步骤三螯合剂为柠檬酸，分散剂为正丁醇。

7.根据权利要求1所述的一种稀土电极的制备方法，其特征在于，所述的步骤三的反应温度为80℃，反应时间为2～3h。

8.根据权利要求1所述的一种稀土电极的制备方法，其特征在于，所述的步骤四的反应温度为720℃，反应时间为2h。

9.一种平板式风力发电装置，其特征在于，该装置包括上游极板(1)、电极支架(2)、权利要求1所述的稀土电极(3)、下游极板(4)、负载(5)、大地(6)和电流源(7)，所述的上游极板(1)和下游极板(4)平行设置，稀土电极(3)和电极支架(2)设置在上游极板(1)和下游极板(4)之间，稀土电极(3)设置在电极支架(2)上，电流源(7)与稀土电极(3)连接，大地(6)与负载(5)连接，负载(5)与下游极板(4)的一端连接。

说明书

一种稀土电极、制备方法及平板式风力发电装置

技术领域

[0001] 本发明属于稀土电极领域，具体涉及一种稀土电极、制备方法及平板式风力发电装置。

背景技术

[0002] EHD(Electro-Hydro-Dynamic，电流体动力学)风力发电是一种基于电场/流场耦合的无透平无动件平板结构的全新概念下的新概念能源技术。其最显著的优势在于无活动部件，几乎不受尺寸、风速、装机容量的限制，是一种真正意义上的有风就有电的理想风力发电装置。EHD风力发电过程中，电荷与空气或水雾等耦合而形成的电流体是将风能转化为电能的载体。现有的电流体形成方法主要有以下几种：

[0003] (1)碰撞电离，即电子与原子之间的碰撞或原子与原子之间的碰撞。当一个速度为v的电子碰撞一个气体原子时，电子的动能就有一部分或全部传给了原子，如果电子的动能满足 (Wi为气体的电离能)时，就会发生“非弹性碰撞”的现象，电子的动能使原子电离。这种电离过程非常复杂，粒子间能量的交换有一定的几率，即使一个电子的动能已经达到原子(或分子)的激励或电离能，也不是每次碰撞都能引起原子的激励或电离。例如能量等于气体原子电离能的单能电子束注入到气体里的时候，电子束只有少数电子可以电离气体原子(或分子)，而且可控性很差。

[0004] (2)光电离，光或X射线对原子的作用也可以引起光电离。在激光技术中，常用光来使激光介质预电离。光电离的基本方程是hν≥Wi，其中h为普朗克常数，ν为光的频率。要使气体或金属电极实现光电离，需要特定的光源。而且，金属会反射掉大部分入射的可见光(反射系数达90％以上)，吸收效率很低。光电子与金属中大量的自由电子碰撞，在运动中丧失很多能量。只有很靠近表面的光电子，才有可能到达表面并克服势垒逸出，即金属中光电子逸出深度很浅， 只有几nm，而且金属逸出功大多为大于3eV，对能量小于3eV(λ>410nm)的可见光来说，很难产生光电发射。

[0005] (3)热电离。热电离也是将物质电离的一种有效方法，但温度太低，产生的离子浓度满足不了要求，在大电流放电时，需要上百万摄氏度的高温，实施起来很不现实。

[0006] (4)电喷雾。电喷雾的方法在国外的一些电流体风力发电系统中已有报道，但这种方式需要水源，而我国风力发电的风场大多分布在西北和东北的边远地区，水资源明显不足。

[0007] 现有技术中，还没有应用稀土材料及其化合物制备的电极来实现电流体形成的报道。

发明内容

[0008] 本发明的目的是为了提供一种稀土电极、制备方法及平板式风力发电装置，该稀土电极能与流体耦合形成电流体，并应用到平板式风力发电设备中。

[0009] 本发明首先提供一种稀土电极，该稀土电极是将碳酸铯溶解于溶剂中得到浑浊液，将浑浊液以化学沉积的方式涂敷在电极基体上而得到的，所述的电极基体由多孔材料制成。

[0010] 本发明首先提供一种稀土电极的制备方法，该方法包括：

[0011] 步骤一：将镍粉、钛粉、石英、碳酸钙、碳酸镁、粘土、造孔剂和粘结剂混合，经球磨、造粒，筛选后，得到粉末；

[0012] 步骤二：将步骤一得到的粉末进行注射模成型，将成型后的产品进行烧结，得到电极基体；

[0013] 步骤三：将碳酸铯溶液、硝酸镧溶液、硝酸锶溶液和硝酸锰溶液混合，然后加入螯合剂和分散剂进行反应，得到凝胶；

[0014] 步骤四：将步骤二得到的电极基体放入步骤三得到的凝胶中浸泡，然后再放入氢气炉中反应，得到稀土电极。

[0015] 优选的是，所述的步骤一镍粉、钛粉、石英、碳酸钙、碳酸镁、粘土、造孔剂和粘结剂的重量百分比为10：10：38：5：5：5：20：7。

[0016] 优选的是，所述的步骤一造孔剂为石墨粉。

[0017] 优选的是，所述的步骤一粘结剂为聚乙烯醇。

[0018] 优选的是，所述的步骤二烧结温度为400-1000℃，烧结时间为12h。

[0019] 优选的是，所述的步骤三螯合剂为柠檬酸，分散剂为正丁醇。

[0020] 优选的是，所述的步骤三的反应温度为80℃，反应时间为2～3h。

[0021] 优选的是，所述的步骤四的反应温度为720℃，反应时间为2h。

[0022] 本发明还提供一种平板式风力发电装置，该装置包括上游极板、电极支架、稀土电极、下游极板、负载、大地和电流源，所述的上游极板和下游极板平行设置，稀土电极和电极支架设置在上游极板和下游极板之间，稀土电极设置在电极支架上，电流源与稀土电极连接，大地与负载连接，负载与下游极板的一端连接。

[0023] 本发明的有益效果

[0024] 本发明首先提供一种稀土电极，该稀土电极是以碳酸铯为原料，将碳酸铯溶解于溶剂中得到浑浊液，将浑浊液以化学沉积的方式涂敷在由多孔材料制成的电极基体上而得到的。由于碳酸铯没有放射性，在使用过程中对人体无害，不需采取任何防护措施，且电极基体由多孔材料制成，既可以保证不阻挡空气流动，又能保证具有足够大的电子发射表面，该稀土电极的容量可以度量、效率高、密度可控，并能与流体(气体或液体及其雾滴)耦合而形成电流体，并能应用到平板式风力发电设备中。

[0025] 本发明还提供一种稀土电极的制备方法，该制备方法简单、原料易得，制备得到的稀土电极具有优异的性能。

[0026] 本发明还提供一种平板式风力发电装置，该装置利用稀土电极(如氧化铯等)的负电子亲和特性，通过施加一定的电压使其发射出可控的空间电荷，该空间电荷与流体耦合而形成的电流体在风力的作用下，被输运到预定的空间，当这些空间电荷被收集后，会形成一个逐渐攀升的电场，将此电场的一个极板与大地连接后，就会形成可以做功的电流，从而达到将风能转化为电能的目的。

附图说明

[0027] 图1为本发明稀土电极的外部轮廓形状图；

[0028] 图2为本发明稀土电极的外部轮廓形状图；

[0029] 图3为本发明稀土电极的外部轮廓形状图；

[0030] 图4为本发明稀土电极的外部轮廓形状图；

[0031] 图5为本发明稀土电极的外部轮廓形状图；

[0032] 图6为本发明上游极板和下游极板的结构示意图；

[0033] 图7为本发明平板式风力发电装置的结构示意图。

具体实施方式

[0034] 本发明首先提供一种稀土电极，该稀土电极是将碳酸铯溶解于溶剂中得到浑浊液，将浑浊液以化学沉积的方式涂敷在电极基体上而得到的，所述的电极基体由多孔材料制成。

[0035] 本发明首先提供一种稀土电极的制备方法，该方法包括：

[0036] 步骤一：将镍粉、钛粉、石英、碳酸钙、碳酸镁、粘土、造孔剂和粘结剂混合，经球磨、造粒，筛选后，得到粉末；

[0037] 步骤二：将步骤一得到的粉末进行注射模成型，将成型后的产品进行烧结，得到电极基体；

[0038] 步骤三：将碳酸铯溶液、硝酸镧溶液、硝酸锶溶液和硝酸锰溶液混合，然后加入螯合剂和分散剂进行反应，得到凝胶；

[0039] 步骤四：将步骤二得到的电极基体放入步骤三得到的凝胶中浸泡，然后再放入氢气炉中反应，得到稀土电极。

[0040] 按照本发明，按照比例先将镍粉、钛粉、石英、碳酸钙、碳酸镁、粘土、造孔剂和粘结剂混合，然后经球磨、造粒、筛选后，得到粉末，所述的粉末的目数优选为150－250目；所述的步骤一镍粉、钛粉、石英、碳酸钙、碳酸镁、粘土、造孔剂和粘结剂的重量百分比优选为10：10：38：5：5：5：20：7；所述的造孔剂为优选石墨粉；所述的粘结剂优选为聚乙烯醇。

[0041] 按照本发明，将上述得到的粉末通过注射机注射到模型中，以注射模实现成型，可以根据需要得到不同形状的产品，如图1-图5所示，所述的成型压力 优选为6.5Mpa，将成型后的产品进行烧结，所述的烧结温度优选为400-1000℃，烧结时间优选为12h，得到电极基体。

[0042] 按照本发明，将碳酸铯溶解在含有乙醇的去离子水中，所述的碳酸铯的纯度优选为95％，乙醇的浓度优选为15％，形成碳酸铯溶液，然后将碳酸铯溶液、硝酸镧溶液、硝酸锶溶液和硝酸锰溶液混合，然后加入螯合剂和分散剂进行反应，得到的产物经蒸发浓缩形成溶胶，再将溶胶蒸发，得到凝胶，所述的凝胶为深褐色，可拉成长丝；所述的硝酸镧溶液的浓度优选为6％，硝酸锶溶液的浓度优选为1.5％，硝酸锰溶液的浓度优选为2.8％；所述的螯合剂优选为柠檬酸，分散剂优选为正丁醇；所述的步骤三的反应温度优选为80℃，反应时间优选为2～3h；所述的碳酸铯溶液、硝酸镧溶液、硝酸锶溶液、硝酸锰溶液、螯合剂和分散剂的体积比优选为40：1：1：1：1：1。

[0043] 按照本发明，将得到的电极基体放入凝胶中浸泡，所述的浸泡时间优选为1min，然后进行抽滤干燥，再放入氢气炉中反应，得到稀土电极；所述的反应温度优选为720℃，反应时间优选为2h。

[0044] 本发明还提供一种平板式风力发电装置，如图7所示，该装置包括上游极板1、电极支架2、稀土电极3、下游极板4、负载5、大地6和电流源7，所述的上游极板1和下游极板4平行设置，上游极板1和下游极板4之间的区间为风能-电能转化区，稀土电极3和电极支架2设置在上游极板1和下游极板4之间，稀土电极3设置在电极支架2上，电流源7与稀土电极3连接，大地6与负载5连接，负载5与下游极板4的一端连接。所述的上游极板1与下游极板4为网孔平行金属板，如图6所示。

[0045] 所述的稀土电极3在电流源7的激励下发射电子，并被下游极板4收集，刚开始时所发射的电子可以自由地被下游极板4收集，但随着电子数量的聚集，下游极板4上收集的电荷本身也形成了一个空间电场，此电场阻挡着后来的电子继续被下游极板4收集，为了使后续电子继续被下游极板4收集，就需要具有一定能量的气流(风)与电子耦合，并将电子吹向下游极板4，这样就在上游极板1与下游极板4之间形成了一个逐渐攀升的电场，此电场强度可能会很高， 在下游极板4与大地6之间接通一个负载5，电流流过负载5就会对负载做功，这样就把风能转化为了电能。

[0046] 下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的说明。

[0047] 实施例1

[0048] 将10g镍粉、10g钛粉、38g石英、5g碳酸钙、5g碳酸镁、5g粘土、20g石墨粉和7g聚乙烯醇混合，然后经球磨、造粒、筛选后，得到150目的粉末；

[0049] 将上述得到的粉末放入胚体中，以注射模实现成型，成型压力为6.5Mpa，将成型后的产品在400℃下进行烧结12h，得到电极基体；

[0050] 将纯度为95％的碳酸铯溶解在含有15％乙醇的去离子水中，形成碳酸铯溶液，然后将1000ml碳酸铯溶液、25ml6％硝酸镧溶液、25ml1.5％硝酸锶溶液和25ml2.8％硝酸锰溶液混合，然后加入25ml柠檬酸和25ml正丁醇进行，在80℃下反应2h，得到的产物经蒸发浓缩形成溶胶，再将溶胶蒸发，得到凝胶，所述的凝胶为深褐色，可拉成长丝；

[0051] 将得到的电极基体放入凝胶中浸泡1min，然后进行抽滤干燥，再放入氢气炉中，在720℃下反应2h，得到稀土电极。

[0052] 实施例2

[0053] 将10g镍粉、10g钛粉、38g石英、5g碳酸钙、5g碳酸镁、5g粘土、20g石墨粉和7g聚乙烯醇混合，然后经球磨、造粒、筛选后，得到250目的粉末；

[0054] 将上述得到的粉末放入胚体中，以注射模实现成型，成型压力优选为6.5Mpa，将成型后的产品在1000℃下进行烧结12h，得到电极基体；

[0055] 将纯度为95％的碳酸铯溶解在含有15％乙醇的去离子水中，形成碳酸铯溶液，然后将1000ml碳酸铯溶液、25ml6％硝酸镧溶液、25ml1.5％硝酸锶溶液和25ml2.8％硝酸锰溶液混合，然后加入25ml柠檬酸和25ml正丁醇进行，在80℃下反应3h，得到的产物经蒸发浓缩形成溶胶，再将溶胶蒸发，得到凝胶，所述的凝胶为深褐色，可拉成长丝；

[0056] 将得到的电极基体放入凝胶中浸泡1min，然后进行抽滤干燥，再放入氢气炉中，在720℃下反应2h，得到稀土电极。

[0057] 实施例3

[0058] 将10g镍粉、10g钛粉、38g石英、5g碳酸钙、5g碳酸镁、5g粘土、20g石墨粉和7g聚乙烯醇混合，然后经球磨、造粒、筛选后，得到200目的粉末；

[0059] 将上述得到的粉末放入胚体中，以注射模实现成型，成型压力优选为6.5Mpa，将成型后的产品在700℃下进行烧结12h，得到电极基体；

[0060] 将纯度为95％的碳酸铯溶解在含有15％乙醇的去离子水中，形成碳酸铯溶液，然后将1000ml碳酸铯溶液、25ml6％硝酸镧溶液、25ml1.5％硝酸锶溶液和25ml2.8％硝酸锰溶液混合，然后加入25ml柠檬酸和25ml正丁醇进行，在80℃下反应2h，得到的产物经蒸发浓缩形成溶胶，再将溶胶蒸发，得到凝胶，所述的凝胶为深褐色，可拉成长丝；

[0061] 将得到的电极基体放入凝胶中浸泡1min，然后进行抽滤干燥，再放入氢气炉中，在720℃下反应2h，得到稀土电极。