一种基于热电-热释电混合式发电器件及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于热电

【技术实现步骤摘要】
一种基于热电
‑
热释电混合式发电器件及制备方法


[0001]本专利技术属于能量转换功能器件
，具体涉及一种基于热电
‑
热释电混合式发电器件及其应用。

技术介绍

[0002]波动式变化的热能在生活中无处不在，如阳光产生的光热随时间的变化、空气流动所产生的温度波动、化学物质溶解时的吸或放热过程等。这些波动式变化的热能通常可以利用热释电技术进行回收利用。该技术能够将波动式温度的能量转换为有用的电能，然而，其输出功率小，转换效率低，为了获得更高的输出往往需要额外的机械装置，加大了其成本，且单一的热释电发电机无法充分回收热能，造成了能量浪费。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题为：为了克服上述不足，迫切需要开发一种耦合热能收集器件，将不同类型的热能收集起来转化为电能，充分利用浪费的能量，同时能够有效提高热能回收器件的输出。
[0004]本专利技术的技术方案为：一种基于热电
‑
热释电混合式发电器件，包括热电器件层、热释电发电材料层、光热材料层，热释电发电材料层固定在热电器件层发热端，光热材料层固定在热释电发电材料层上。
[0005]进一步地，所述光热材料层为CNT和rGO
‑
PEI混合形成的复合材料，其表现出更好的光热性能，这是因为两者的协同效应降低了界面热阻，同时形成了更高效的导热网络。
[0006]该复合材料通过以下方法制备：将CNT与rGO
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PEI在去离子水溶液中超声分散，然后通过抽滤的方式在滤纸上形成一层CNT
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rGO
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PEI层并在常温下干燥，得到CNT
‑
rGO
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PEI光热材料层。
[0007]进一步地，所述CNT与rGO
‑
PEI的质量比为4:1，其目的在于此时的混合比例将具有最优的光热性能，其光热温度可达61.3 ℃，比rGO
‑
PEI和CNT分别高5.6和5.3 ℃。
[0008]进一步地，热释电发电材料层为极化镀铝PVDF薄膜。优选地，极化镀铝PVDF薄膜厚度为30 μm，选用此厚度的薄膜，其目的在于较薄的薄膜将具有更好的传热性能，能有效的将热传至热电器件表面。
[0009]进一步地，还包括包覆在热电器件层发热端的保温套。
[0010]本专利技术还公开了一种基于热电
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热释电混合式发电器件的制备方法，包括如下步骤：（1）将CNT与rGO
‑
PEI在去离子水溶液中超声分散，然后通过抽滤的方式在滤纸上形成一层CNT
‑
rGO
‑
PEI层并在常温下干燥，得到CNT
‑
rGO
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PEI光热材料层；（2）将光热材料层通过透明胶带转移并与极化镀铝PVDF薄膜连接制成光热型热释电发电机；（3）光热型热释电发电机通过胶带物理固定在热电器件的发热端，并在热电器件
表面加上保温套，得到基于热电
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热释电混合式发电器件。
[0011]进一步地，所述的光热材料层中CNT与rGO
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PEI的质量比为4:1，其目的在于此时的混合比例将具有最优的光热性能，其光热温度可达61.3 ℃，比rGO
‑
PEI和CNT分别高5.6和5.3 ℃。
[0012]优选的，步骤（1）中，分别称取12.8 mg的CNT粉末与3.2 mg的rGO
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PEI粉末并超声分散于16 mL去离子水中，将混合溶液均匀地滴在滤纸表面并确保材料的表面质量含量为1 mg/cm2，进行抽滤，并在室温下干燥2h。
[0013]步骤（2）中，极化镀铝PVDF薄膜厚度为30 μm，选用此厚度的薄膜，其目的在于较薄的薄膜将具有更好的传热性能，能有效的将热传至热电器件表面。
[0014]光热型热释电发电机通过胶带物理固定在热电器件的发热端，其目的在于光热型热释电发电机表面的光热材料能够有效吸收太阳光并将其转换为热能，进而使得热电器件上下两端具有更大的温差，从而提高其性能输出。
[0015]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术的基于热电
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热释电混合式发电器件不仅可以收集太阳光照射下器件上下两端产生的温差进行供能，还可以有效收集其表面的温度波动的能量，从而实现对波动式能量的充分回收转换。在一个太阳光(0.1 W/cm2)下，该复合发电器件的热电发电机开路电压和短路电流分别可达0.15 V和27 mA，与未耦合热释电发电机的纯热电器件电流电压相比分别高出68%和67%。此外，光热型热释电发电机可以捕获器件表面波动式温度的能量，其开路电压和短路电流可分别达30 V和82nA，与未耦合热电器件的纯光热型热释电器件电流电压相比分别高出50%和37%。制备的混合式发电器件的输出功率与单一的发电器件相比其输出功率高出269%。该混合式热能回收发电器件还对其他波动式能量进行有效收集，如收集氢氧化钠溶解过程中放出的热量等。此外，该功能器件还可通过检测热释电层电信号的变化同时实现对热电材料表面温度变化自我传感的功能。本专利技术制备的基于热电
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热释电混合式发电器件是一种高效、实用、智能的热能回收器件，实现对波动变化热能的充分回收利用。该混合式发电机的设计与制备简单易于工业化生产与大规模的推广。
附图说明
[0016]图1为本专利技术制备热电
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热释电混合式发电器件的示意图；图2为本专利技术制备热电
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热释电混合式发电器件中光热材料最佳混合比例的优化过程；图3为本专利技术制备热电
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热释电混合式发电器件中热释电材料最佳厚度的优化过程；图4为本专利技术制备热电
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热释电混合式发电器件的热电器件部分发电性能展示；图5为本专利技术制备热电
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热释电混合式发电器件的光热型热释电发电机部分发电性能展示；图6为本专利技术所制备的器件可以用于电容器的即时有效充电的测试情况；图7为本专利技术所制备的器件用于收集氢氧化钠溶解放出热量示意图；图8为本专利技术所制备的器件用于温度自传感示意图。
具体实施方式
[0017]下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的试验材料，如无特殊说明，均为从商业渠道购买得到的。
[0018]实施例1 基于热电
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热释电混合式发电器件的制备将CNT（碳纳米管）与rGO
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PEI（聚乙烯亚胺改性还原氧化石墨烯）在去离子水溶液中超声分散，然后通过抽滤的方式在滤纸上形成一层CNT
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rGO
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PEI层并在常温下干燥，得到CNT
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rGO
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PEI光热材料层。
[0019]实验中设置了CNT与rGO
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PEI的质量比分别为0:1、1:1、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于热电
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热释电混合式发电器件，其特征在于，包括热电材料层、热释电发电材料层、光热材料层，热释电发电材料层固定在热电材料层发热端，光热材料层固定在热释电发电材料层上。2.根据权利要求1所述的发电器件，其特征在于，所述光热材料层为CNT和rGO
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PEI混合形成的复合材料，该复合材料通过以下方法制备：将CNT与rGO
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PEI在去离子水溶液中超声分散，然后通过抽滤的方式在滤纸上形成一层CNT
‑
rGO
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PEI层并在常温下干燥，得到CNT
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rGO
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PEI光热材料层。3.根据权利要求2所述的发电器件，其特征在于，所述CNT与rGO
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PEI的质量比为4:1。4.根据权利要求1所述的发电器件，其特征在于，热释电发电材料层为极化镀铝PVDF薄膜。5.根据权利要求4所述的发电器件，其特征在于，极化镀铝PVDF薄膜厚度为30 μm。6.根据权利要求1
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5任一项所述的发电器件，其特征在于，还包括包覆在热电材料层发热端的保温套。...

【专利技术属性】
技术研发人员：李海涛，王欢，路航冲，黄江朝，黎旋，韩杰，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：