一种热电集流体结构的电池及其制备方法 |
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申请号 | CN202410121270.1 | 申请日 | 2024-01-29 | 公开(公告)号 | CN117939991A | 公开(公告)日 | 2024-04-26 |
申请人 | 东莞理工学院; 松山湖材料实验室; | 发明人 | 逯瑶; 王欣; 刘文静; | ||||
摘要 | 本 发明 公开了一种热电集 流体 结构的 电池 及其制备方法,包括正极壳和负极壳,以及设置在正极壳和负极壳之间的供电组件,所述供电组件包括P型热电正极、隔膜和N型热电负极,本发明涉及 能源 转换技术领域。该热电集流体结构的电池及其制备方法,通过正极壳、负极壳、P型热电正极、隔膜、 电解 液和N型热电负极的配合,进行热电集流体电池的构建,在电池运行产生废热时,P型热电正极和N型热电负极中多数载流子从热端流向冷端,与电池内部 电子 移动方向相同,增加电池 电流 ,达到充分利用在电池工作过程中产生的废热,将 热能 转化为 电能 的目的,减少废热堆叠带来的安全隐患,同时有效延长了电池使用寿命。 | ||||||
权利要求 | 1.一种热电集流体结构的电池,包括正极壳(1)和负极壳(2),以及设置在正极壳(1)和负极壳(2)之间的供电组件(3),其特征在于:所述供电组件(3)包括P型热电正极(4)、隔膜(5)和N型热电负极(6),所述隔膜(5)设置在P型热电正极(4)和N型热电负极(6)之间,且隔膜(5)上滴加有电解液(9)。 |
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说明书全文 | 一种热电集流体结构的电池及其制备方法技术领域背景技术[0002] 传统电池在充放电过程中产生大量废热,导致能量浪费和对电池及环境的负面影响,这种废热不仅会加速电池老化和损坏,缩短使用寿命,而且高温环境还可能引发安全问题,此外,废热散发还会对环境造成热污染,影响生态平衡和人类健康。 [0004] 基于对上述资料的检索,可以看出,其并没有将电池内部产生的废热加以利用,不仅能量利用率不高,而且电池依然会存在因膨胀而导致爆炸的可能,为此,特提出一种热电集流体结构的电池及其制备方法,可以将电池内部产生的废热有效转化为电能,减少废热的排放以及环境污染,延长电池的使用寿命,提高能源储存的可持续性和经济性,且制备方法工艺简单,节能环保,安全性高,可大批量生产。 发明内容[0005] (一)解决的技术问题 [0006] 针对现有技术的不足,本发明提供了一种热电集流体结构的电池及其制备方法,解决了传统电池没有将电池内部产生的废热加以利用,不仅能量利用率不高,而且电池依然会存在因膨胀而导致爆炸可能的问题。 [0007] (二)技术方案 [0008] 为实现以上目的,本发明通过以下技术方案予以实现:一种热电集流体结构的电池,包括正极壳和负极壳,以及设置在正极壳和负极壳之间的供电组件,所述供电组件包括P型热电正极、隔膜和N型热电负极,所述隔膜设置在P型热电正极和N型热电负极之间,且隔膜上滴加有电解液。 [0010] 本发明还公开了一种热电集流体结构的电池的制备方法,具体包括以下步骤: [0011] 步骤一、制备P型热电材料和N型热电材料; [0012] 步骤二、将P型热电材料制备成P型热电正极,将N型热电材料制备成N型热电负极; [0013] 步骤三、按照正极壳、P型热电正极、隔膜、电解液、N型热电负极、垫片、弹片和负极壳的顺序进行电池组装; [0014] 先按照正极壳、P型热电正极、隔膜的顺序依次放置,然后滴加电解液,再按照N型热电负极、垫片、弹片以及负极壳的顺序放置,最后用机器进行压紧处理,压力的强度为100kpa‑1000kpa,压力维持时间1s—600s,由此,可以使电池单体与组件之间的稳定性和紧密度,保证电池的安全性和可靠性。 [0015] 为了延长电池使用寿命,本发明进一步设置为:所述P型热电材料包括硒化亚铜、碲化铋和硫化亚铜中的一种,所述N型热电材料采用硒化银、硫化银和硒化铋中的一种,保证热电材料利用温差调控载流子的运动进而控制电流方向时,能与电池内部电流方向相同,达到延长电池寿命的目的。 [0016] 本发明进一步设置为:所述步骤一中P型热电材料的制备方法包括: [0017] S1、将含有P型热电材料所需金属的盐溶液加入含有P型热电材料所需阴离子的乙二醇溶液中,加热搅拌反应后,获取含有所需P型热电材料的混合溶液; [0019] 所述步骤一中N型热电材料的制备方法包括: [0020] S3、将含有N型热电材料所需金属的盐溶液加入N型热电材料含有所需阴离子的乙二醇溶液中,加热搅拌反应后,获取含有所需N型热电材料的混合溶液; [0021] S4、将混合溶液依次进行固液分离、清洗、真空烘干和研磨,获取N型热电材料。 [0022] 为了得到无杂质的热电材料,本发明进一步设置为:所述S1和S3中加热温度为20℃‑800℃,搅拌时间为1h—48h; [0023] 所述S2和S4中固液分离包括以不低于4000r/min的转速离心2min—40min; [0025] 所述S2和S4中真空烘干温度为50℃‑800℃,时间为2h—48h。 [0026] 本发明进一步设置为:所述步骤二中P型热电正极和N型热电负极的制备方法包括: [0028] S6、使用移液枪将正极混合溶剂均匀涂覆在电池正极上后,放入烘箱进行烘干,烘干后获取P型热电正极,使用移液枪将负极混合溶剂均匀涂覆在电池负极上后,放入烘箱进行烘干,烘干后获取N型热电负极。 [0029] 本发明进一步设置为:所述P型热电材料、有机溶剂和聚合物粘结剂的混合比为:0.01—2g:10—500mL:0.01—1mg; [0030] 所述N型热电材料、有机溶剂和聚合物粘结剂的混合比为:0.01—2g:10—500mL:0.01—1mg; [0033] 所述S5中搅拌的时间为1h—48h,所述S6中烘干的温度为50℃‑100℃,烘干时间为1h—12h,保证热电材料的均匀性以及成膜性,保证电池的使用寿命的延长。 [0035] 本发明进一步设置为:所述电解液为三氟甲烷磺酸锌和硫酸锌中的一种,可以使电池两极间产生电位差以及维持电池稳定性能,保证电池的正常工作。 [0036] (三)有益效果 [0037] 本发明提供了一种热电集流体结构的电池及其制备方法。具备以下有益效果: [0038] (1)本发明通过正极壳、负极壳、P型热电正极、隔膜、电解液和N型热电负极的配合,进行热电集流体电池的构建,在电池运行产生废热时,P型热电正极和N型热电负极中多数载流子从热端流向冷端,与电池内部电子移动方向相同,增加电池电流,达到充分利用在电池工作过程中产生的废热,将热能转化为电能的目的,减少废热堆叠带来的安全隐患,同时有效延长了电池使用寿命。 [0039] (2)本发明通过正极壳、P型热电正极、隔膜、电解液、N型热电负极和负极壳的依次装配即可实现热电集流体电池的构建,制备方法简单的同时,更为节能环保,安全性可靠,还具有适合进行大批量生产的优势。附图说明 [0040] 图1为本发明结构的展开示意图; [0041] 图2为本发明的流程示意图; [0042] 图3为本发明实施例一中硒化银的性能示意图; [0043] 图4为本发明实施例一中硒化亚铜的性能示意图; [0044] 图5为本发明实施例一中得到热电集流体结构的电池的性能示意图; [0045] 图6为本发明实施例二中硫化银的性能示意图; [0046] 图7为本发明实施例二中碲化铋的性能示意图; [0047] 图8为本发明实施例二中得到热电集流体结构的电池的性能示意图; [0048] 图9为本发明实施例三中硒化铋的性能示意图; [0049] 图10为本发明实施例三中硫化亚铜的性能示意图; [0050] 图11为本发明实施例三中得到热电集流体结构的电池的性能示意图。 [0051] 图中,1、正极壳;2、负极壳;3、供电组件;4、P型热电正极;5、隔膜;6、N型热电负极;7、垫片;8、弹片;9、电解液。 具体实施方式[0052] 下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。 [0053] 请参阅图1‑11,本发明实施例提供以下技术方案: [0054] 实施例一、 [0055] 一种热电集流体结构的电池的制备方法,具体包括以下步骤: [0056] 步骤一、制备P型热电材料: [0057] 将Cu(NO3)2水溶液加入含有硒离子的乙二醇溶液中,反应温度80℃,持续加热搅拌时间3h,得到含有硒化亚铜的溶液,以5000r/min的转速离心10min,去除上清液后,用去离子水和无水乙醇交替清洗,继续以6000r/min的转速离心10min,提取所得沉淀,放置于真空干燥箱中以60℃的温度干燥24h,研磨后得到硒化亚铜粉体,即P型热电材料,性能图如附图4所示; [0058] 制备N型热电材料: [0059] 将AgNO3水溶液加入含有硒离子的乙二醇溶液中,反应温度50℃,持续加热搅拌时间2h,得到含有硒化银的溶液,以5000r/min的转速离心10min,去除上清液后,用去离子水和无水乙醇交替清洗,继续以6000r/min的转速离心10min,提取所得沉淀,放置于真空干燥箱中以50℃的温度干燥24h,研磨后得到硒化银粉体,即N型热电材料,性能图如附图3所示; [0060] 步骤二、将P型热电材料、N‑甲基吡咯烷和聚偏二氟乙烯以0.15g:2mL:20mg比例进行混合搅拌12h,获取正极混合溶剂,再用移液枪将正极混合溶剂均匀涂覆在电池正极上,放入60℃烘箱进行烘干处理,烘干后获取P型热电正极4; [0061] 将N型热电材料、N‑甲基吡咯烷和聚偏二氟乙烯以0.15g:2mL:20mg比例进行混合搅拌12h,获取负极混合溶剂,再用移液枪将负极混合溶剂均匀涂覆在电池负极上,放入60℃烘箱进行烘干处理,烘干后获取N型热电负极6; [0062] 步骤三、按照正极壳1、P型热电正极4和聚乙烯隔膜的顺序依次放置,然后滴加ZnSO4电解液,再按照N型热电负极6、垫片7、弹片8和负极壳2的顺序放置,最后用机器以压力的强度500kPa,压力的时间20s,进行压紧处理,得到热电集流体结构的电池,性能图如附图5所示。 [0063] 实施例二、 [0064] 一种热电集流体结构的电池的制备方法,具体包括以下步骤: [0065] 步骤一、制备P型热电材料: [0066] 将含有Bi(NO3)5的乙二醇溶液加入含有碲离子的乙二醇溶液中,反应温度240℃,持续加热搅拌时间5h,得到含有Bi2Te的溶液,以8000r/min的转速离心15min,去除上清液后,用丙酮和无水乙醇交替清洗,继续以8000r/min的转速离心20min,提取所得沉淀,放置于真空干燥箱中以80℃的温度干燥24h,研磨后得到碲化铋粉体,即P型热电材料,性能图如附图7所示; [0067] 制备N型热电材料: [0068] 将AgNO3水溶液加入含有硫离子的乙二醇溶液中,反应温度90℃,持续加热搅拌时间15h,得到含有Ag2S的溶液,以6000r/min的转速离心5min,去除上清液后,用去离子水和无水乙醇交替清洗,继续以8000r/min的转速离心20min,提取所得沉淀,放置于真空干燥箱中以100℃的温度干燥12h,研磨后得到硫化银粉体,即N型热电材料,性能图如附图6所示; [0069] 步骤二、将P型热电材料、N‑甲基吡咯烷和聚乙烯醇以0.18g:2mL:20mg比例进行混合搅拌10h,获取正极混合溶剂,再用移液枪将正极混合溶剂均匀涂覆在电池正极上,放入80℃烘箱进行烘干处理,烘干后获取P型热电正极4; [0070] 将N型热电材料、N‑甲基吡咯烷和聚乙烯醇以0.18g:2mL:20mg比例进行混合搅拌10h,获取负极混合溶剂,再用移液枪将负极混合溶剂均匀涂覆在电池负极上,放入80℃烘箱进行烘干处理,烘干后获取N型热电负极6; [0071] 步骤三、按照正极壳1、P型热电正极4和聚乙烯隔膜的顺序依次放置,然后滴加ZnSO4电解液,再按照N型热电负极6、垫片7、弹片8和负极壳2的顺序放置,最后用机器以压力的强度600kPa,压力的时间20s,进行压紧处理,得到热电集流体结构的电池,性能图如附图8所示。 [0072] 实施例三、 [0073] 一种热电集流体结构的电池的制备方法,具体包括以下步骤: [0074] 步骤一、制备P型热电材料: [0075] 将Cu(NO3)2水溶液加入含有硫离子的乙二醇溶液中,反应温度160℃,持续加热搅拌时间10h,得到含有硫化亚铜的溶液,以5000r/min的转速离心5min,去除上清液后,用去离子水和无水乙醇交替清洗,继续以8000r/min的转速离心20min,提取所得沉淀,放置于真空干燥箱中以60℃的温度干燥24h,研磨后得到硫化亚铜粉体,即P型热电材料,性能图如附图10所示; [0076] 制备N型热电材料: [0077] 将含有Bi(NO3)5的乙二醇溶液加入含有硒离子的乙二醇溶液中,反应温度280℃,持续加热搅拌时间6h,得到含有硒化铋的溶液,以6000r/min的转速离心5min,去除上清液后,用异丙醇和无水乙醇交替清洗,继续以8000r/min的转速离心5min,提取所得沉淀,放置于真空干燥箱中以140℃的温度干燥12h,研磨后得到硒化铋粉体,即N型热电材料,性能图如附图9所示; [0078] 步骤二、将P型热电材料、N‑甲基吡咯烷和聚乙烯基吡咯烷酮以0.18g:2mL:18mg比例进行混合搅拌12h,获取正极混合溶剂,再用移液枪将正极混合溶剂均匀涂覆在电池正极上,放入120℃烘箱进行烘干处理,烘干后获取P型热电正极4; [0079] 将N型热电材料、N‑甲基吡咯烷和聚乙烯基吡咯烷酮以0.18g:2mL:18mg比例进行混合搅拌12h,获取负极混合溶剂,再用移液枪将负极混合溶剂均匀涂覆在电池负极上,放入120℃烘箱进行烘干处理,烘干后获取N型热电负极6; [0080] 步骤三、按照正极壳1、P型热电正极4和聚乙烯隔膜的顺序依次放置,然后滴加三氟甲烷磺酸锌电解液,再按照N型热电负极6、垫片7、弹片8和负极壳2的顺序放置,最后用机器以压力的强度500kPa,压力的时间20s,进行压紧处理,得到热电集流体结构的电池,性能图如附图11所示。 |