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一种全固态柔性热电转换装置

专利查询6月前  21

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1.本实用新型涉及热能回收和转换领域,以及柔性热电转换装置的设计制作,具体涉及一种全固态柔性热电转换装置。


背景技术:

2.日常生活中、工业中、科学技术中、自然现象中,热能可以说是无处不在,而且热能的存在多种多样,燃料燃烧、高压蒸汽所含的热能属于高品位热能,可以直接用来转换成电能或者动能,然而低品位热能,作为生活中随处可见的能量,空气中的热量、海水中的热量、大地中的热量,工厂生产过程中产生的大量的余热、废热,以及汽车尾气排放的热量等等都是低品位热能,因为能量品质低,一般不被人们重视,利用难度较大。
3.而且,对于低品位热能,目前的研究热点主要集中在半导体材料上,但是半导体的制作材料和工艺比较复杂,需要掺杂和切割,要求纯度高的时候还需要清洗和提纯,如果要求性能的话,可能要掺杂更多种类的元素,这样工艺更加复杂,增加成本。而且半导体热电材料的转换效率其实在200℃甚至更高温度以上才能达到比较高的水平,再者,半导体温差发电片的热电系数一般比较都低,通常在1500μv/℃以下。另外,半导体温差发电片的组成材料都属于固体材料,基本上只能适用于表面非常平的热源,并且半导体温差发电片有冷热端之分,必须严格对应防止其位置,否则无法进行热电转换。
4.近年来在能量转换方面,有人研究用纳米多孔材料进行热电转换,热电系数普遍高于半导体温差发电片,但这些研究和材料普遍不能做到柔性可拉伸的要求,而且无论是离子液体还是无机盐电解质溶液基本都无法避免液体泄漏的问题,装置也很难做到柔性。


技术实现要素:

5.为了解决上述现有技术存在的问题,本实用新型提供一种全固态柔性热电转换装置,将电解质溶液做成全固态电解质,然后整体用软材料硅橡胶密封,对于低品位热能可进行回收和转化,并可将其以电能形式输出,并存储起来进一步利用。
6.为了达到上述目的,本实用新型采用如下技术方案:包括具有纳米级孔洞的纳米多孔电极、固态电解质、导电银浆和两片集流体,所述纳米多孔电极采用碳布电极,所述纳米多孔电极通过导电银浆粘结在第一片所述集流体上,所述固态电解质是通过将含有高分子聚合物的电解质溶液浇注在所述纳米多孔电极上,待电解质溶液渗透后,通过反复地低温冷冻和室温解冻进行交联固化所得,第二片所述集流体嵌入在所述固态电解质内部,两片所述集流体上均连接有导线,将所述纳米多孔电极、所述固态电解质、所述导电银浆、两片所述集流体和所述导线形成一个整体置于模具中,且所述导线的一端伸出所述模具,向所述模具中倒入硅橡胶封装材料固化形成热电转换装置。
7.优选地,所述纳米多孔电极采用碳布电极或碳布电极碳纳米管膜。
8.优选地,所述高分子聚合物采用聚乙烯醇,所述电解质溶液采用浓度为0.05mol/l的氯化钾溶液。
9.优选地,所述固态电解质高出所述纳米多孔电极表面1~2mm。
10.优选地,所述导线通过焊接或粘结固定在集流体上。
11.优选地,所述集流体的材料为不锈钢箔。
12.本实用新型的有益效果:
13.1:本实用新型所有组成部分均为柔性可弯曲材料,整体装置最终表现出柔性,在实际应用当中,全固态的柔性装置,不用考虑组分泄露等问题,安全系数高;
14.2:本实用新型本适用于多种具有曲率表面的热源,可对低品位余热能进行回收和转换,为能量的二次利用提供了新的思路;
15.3:本实用新型将固态电解质完全浸入纳米多孔电极中,极大地增加了电解质和固体电极的接触面积;
16.4:本实用新型本身柔软、质轻,方便安装、携带、搬运。
附图说明
17.图1:为一种全固态柔性热电转换装置示意图。
具体实施方式
18.以下将结合附图对本实用新型各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述,显然,所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例,都属于本实用新型所保护的范围,在本实用新型的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所述的方位或位置关系,仅是为了便于描述本实用新型和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或组件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本实用新型的限制。
19.下面通过具体的实施例子并结合附图对本实用新型做进一步的详细描述。
20.实施例一:一种全固态柔性热电转换装置,包括具有纳米级孔洞的纳米多孔电极1(3cm*3cm*3mm)、固态电解质2、导电银浆3和两片集流体4,纳米多孔电极1采用碳布电极,纳米多孔电极1通过导电银浆3粘结在第一片集流体4上。
21.固态电解质2是通过将含有高分子聚合物的电解质溶液浇注在纳米多孔电极1上,待电解质溶液渗透后,通过反复地低温冷冻和室温解冻进行交联固化所得,其中,高分子聚合物采用聚乙烯醇,电解质溶液采用浓度为0.05mol/l的氯化钾溶液。在本实施例中,纳米多孔电极1必须先通过导电银浆3粘结在集流体4上,然后才能将含有高分子聚合物的电解质溶液浇注在纳米多孔电极1上,再进行交联。
22.固态电解质2配比的时候必须先将浓度为0.05mol/l的氯化钾溶液加热到30℃,然后缓慢加入聚乙烯醇颗粒,聚乙烯醇和电解质溶液中水的质量比为1:10,调整磁力搅拌器的转速为300r/min,加热到95℃搅拌半小时,直到聚乙烯醇全部溶解。
23.固态电解质2配比过程中在聚乙烯醇全部溶解后,将含聚乙烯醇和电解质溶液的混合液冷却至室温,倒入粘结在集流体4上的纳米多孔电极1表面,等混合液全部渗透到纳米多孔电极1中,再增加混合液的量直到固态电解质2高出纳米多孔电极1表面1~2mm。
24.固态电解质2交联的过程应该先将充满聚乙烯醇和电解质溶液混合液的纳米多孔电极1放入冰箱冷冻室中进行冷冻交联,1h后取出,室温下解冻,1h后再放入冰箱冷冻室中,如此反复3~4次,即可实现聚乙烯醇和电解质溶液混合液交联,形成柔性的固态电解质2。
25.第二片集流体4嵌入在固态电解质2内部,两片集流体4上均连接有导线6,其中,导线6通过焊接或粘结固定在集流体4上。其过程为:第二片集流体4放在交联后的固态电解质2上,然后再将含聚乙烯醇和电解质溶液的混合液浇注在第二片集流体4上,并留出一部分的集流体4,再次进行交联固化,从而将第二片集流体4固定在固态电解质2内部。
26.将纳米多孔电极1、固态电解质2、导电银浆3、两片集流体4和导线6形成一个整体置于模具(空间大小为4cm*4cm*6mm),且导线6的一端伸出模具,向模具中倒入硅橡胶封装材料5固化形成热电转换装置。其中,硅橡胶封装材料5通过双组份1:1配置而成,然后倒入放有纳米多孔电极1、固态电解质2、导电银浆3、集流体4和导线6的模具中,放入烘箱中60℃固化4h后取出即可。
27.在本实施例中,集流体4的材料可为不锈钢箔。
28.综上所述,本实用新型所有组成部分均为柔性可弯曲材料,整体装置最终表现出柔性,在实际应用当中,全固态的柔性装置,不用考虑组分泄露等问题,安全系数高;适用于多种具有曲率表面的热源,可对低品位余热能进行回收和转换,为能量的二次利用提供了新的思路;同时本装置柔软、质轻,方便安装、携带、搬运。
29.结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型,具体实现该技术方案方法和途径很多,以上所述仅是本实用新型的优选实施方式,但所属领域的技术人员应该明白,在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内,在形式上和细节上可以对本实用新型做出各种变化,均为本实用新型的保护范围。

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