一种氧化物热电发电模块、系统及制备方法技术方案

本发明专利技术公开了一种氧化物热电发电模块、系统及制备方法，基于所述的氧化物热电发电模块，其结构包括两个上下布设的氧化物导热板，两个氧化物导热板之间设置有N型及P型热电发电组件，所述热电发电组件与氧化物导热板固定连接，所述N型及P型热电发电组件均掺杂有稀土族元素，且与氧化物导热板的接触面均设置有金属丝网，本发明专利技术能够获得较好的热电发电性质，实现了器件自身及使用过程的绿色环保和低成本。

Oxide thermoelectric power generation module, system and preparation method

The invention discloses a system and its oxide thermoelectric power generation module, preparation method of oxide thermoelectric power generation module based on the structure, including two on the layout of the oxide conducting plate, N type and P type thermoelectric power generation module is arranged between the two conductive oxide plate fixedly connected with the thermoelectric power generation and assembly oxide heat conduction plate of the N type and P type thermoelectric components are doped with rare earth elements, and the contact surface and the oxide conducting plate are provided with metal mesh, the invention can obtain better thermoelectric properties, realize the self and use of green environmental protection and low cost devices.

【技术实现步骤摘要】
一种氧化物热电发电模块、系统及制备方法
本专利技术涉及一种氧化物热电发电模块、系统及制备方法。
技术介绍
现有火力发电机组对化石燃料中化学能的利用效率只能达到40％左右，随着化石能源的逐渐枯竭，如何提高废热利用率，实现对化石能源的最大化利用正越来越受到人们的关注。而热电发电，作为一种新型的能源利用形式，为火力发电站等场合的废热利用提供了一个良好的解决方案。热电发电是热电材料的一个重要应用。热电发电模块是热电发电的基本单元，由发电组件、电极及导热板构成。目前应用于发电的热电模块主要以合金材料为主，合金热电模块由于转换效率较高、工艺成熟,已经在太空探索等特殊领域得到了应用。但其存在成本高、熔点低、易氧化、含有重金属等问题，尤其不宜应用于大温差和高温热电发电领域。而氧化物材料相对来讲具有成本低、不含重金属、适用温度高、可建立大温差等优点，因此开发氧化物热电材料，使之能应用于高温热电发电领域，成为当前热电发电模块的发展趋势。同时，现有的热电模块，在温度差值大的条件下多存在模块本身连接强度不稳定，电阻大、在使用过程中会造成不可恢复性损坏的问题，在具体使用中，因为起连接作用的焊料融化温度低，在反复受热的工作情况下，焊点部分软化或融化，造成连接不良，构件松动，造成电阻变大，甚至产生断裂等不可恢复性损坏。现有的热电模块以合金材料为基础，在导热板和合金热电材料之间敷以焊料，通过升降温过程使焊料固化，达到将合金热电材料和导热板连接起来的目的。合金材料本身制备温度较低(<800℃)，使用的焊料融化温度也低(<600℃)，不能适用于高温和大温差的热电发电领域。即使在较低温度的热电发电领域，合金热电材料也存在容易氧化、成本高、含有重金属等问题。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述问题，提出了一种氧化物热电发电模块、系统及制备方法，本专利技术能够获得较好的热电发电性质，实现了器件自身及使用过程的绿色环保和低成本。本专利技术的第一目的是提供一种氧化物热电发电模块，该模块为π型组件，用氧化物组件取代传统合金组件，具有耐高温、可应用于大温差、不易氧化、高温性能稳定等优点。本专利技术的第二目的是提供一种基于上述发电模块的发电系统，本系统可以获得较好的热电发电性质与效率，能够为火力发电站等场合的废热利用提供良好的解决方案。本专利技术的第三目的是提供一种制备上述氧化物热电发电模块的方法，本方法操作简单、成本投入小且需要的制备环境简单，能够保证制备过程的绿色环保和低成本。本专利技术的第四目的是提供一种制备上述发电系统的方法，本方法通过将多个氧化物热电发电模块进行串联，基于单体氧化物热电发电模块的制备操作简单、成本投入小且需要的制备环境简单，能够保证整体制备过程的绿色环保、减少环境污染，提高热电效率。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种氧化物热电发电模块，包括两个上下布设的氧化物导热板，两个氧化物导热板之间设置有N型及P型热电发电组件，所述热电发电组件与氧化物导热板固定连接，所述N型及P型热电发电组件均掺杂有稀土族元素，且与氧化物导热板的接触面均设置有金属丝网。所述两个氧化物导热板的相对的一面上，涂抹有银浆，且两个氧化物导热板涂抹的银浆位置相对应。所述N型及P型热电发电组件均为氧化物热电发电材质，优选锰酸钙、钴酸钙、钴酸镧、碳酸锶或氧化锌等氧化物材料。所述P型热电发电组件为长方体，所述N型热电发电组件为圆柱体。所述稀土族元素通过固相反应方法掺杂至热电发电组件内。一种氧化物热电发电系统，包括多个氧化物热电发电模块以串联的形式钎焊连接在导热板上。所述氧化物热电发电模块的制备方法，包括以下步骤：(1)利用固相反应方法分别制备含有稀土族元素的N型及P型热电发电组件；(2)将银浆进行稀释，涂抹于两个氧化物导热板一面上，使得两个氧化物导热板上银浆涂抹区域相配合；(3)将金属丝网分别放置在两个氧化物导热板的银浆涂抹区域，并在金属丝网上涂抹银浆，N型及P型热电发电组件分别放置于金属丝网上，保持一定间距；(4)将两个氧化物导热板配合对应设置，使将N型及P型热电发电组件位于两个氧化物导热板之间，压实后进行高温烧结，完成焊接。所述步骤(4)中，将氧化物热电模块设置于恒温装置中，且温度为800-900℃。所述步骤(4)中，所述烧结时间包括升温和保温时间，烧结时间为200-300min。所述氧化物热电发电系统的制备方法，包括以下步骤：(1)利用固相反应方法分别制备含有稀土族元素的N型及P型热电发电组件；(2)在两个氧化物导热板的其中一面上涂抹银浆，整个涂抹区域具有多个呈阵列式分布的与各个氧化物热电发电模块分别对应的区域，使得阵列中同一行和同一列中，相邻的两个热电发电组件不相同，保证N型及P型热电发电组件依次间隔设置；(3)在阵列中的属于不同氧化物热电发电模块的相邻的N型及P型热电发电组件对应区域进行涂抹银浆，使不同氧化物热电发电模块能够串联，且两个氧化物导热板上银浆涂抹区域相配合；(4)将金属丝网分别放置在两个氧化物导热板的银浆涂抹区域，并在金属丝网上涂抹银浆，在氧化物导热板的金属丝网上设置N型及P型热电发电组件，将两个氧化物导热板配合对应设置，使将N型及P型热电发电组件位于两个氧化物导热板之间，压实后进行高温烧结，完成焊接。作为优选的替换方案，在两个氧化物导热板之间设置若干个串联的氧化物热电发电模块，制作形成一个氧化物热电发电组，多个氧化物热电发电组通过导电线连接，进行串联，形成氧化物热电发电系统。这种设置方式，能够方便找出连接不佳的部位并替换，避免因某一处不能良好连接，而影响整个串联电路的正常工作。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：(1)选用的原材料成本低廉，制备工艺简单，容易实现大规模生产和应用，并且可以通过较少的模块数量得到较大的功率输出；(2)用氧化物组件取代传统合金组件，具有耐高温、可应用于大温差、不易氧化、高温性能稳定等优点；(3)采用钎焊的工艺，在氧化物热电模块的发电组件(N型腿、P型腿)与上下氧化铝导热板的构造连接处插入金属丝网(如铜网)，以银浆为钎料，将连接处整体焊接起来，实现了热电氧化物π型模块构建，同时将导线——热电陶瓷或是银浆——热电陶瓷的连接方式改进为银浆——金属丝网——热电陶瓷的方式，大大增强了π型模块的连接稳定性、抗压能力以及抗应力能力，提高了实用价值。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。图1是本专利技术的4个3π模块组件串联后两端的温差随高温端温度的变化规律；图2(a)和图2(b)分别是本专利技术的4个3π模块组件分配到两个不同功率的电炉上输出电压随温差的变化规律；图3(a)和图3(b)分别是本专利技术的3π模块组件分配到两个不同功率的电炉上输出功率随温差的变化规律；图4是本专利技术氧化物热电发电模块的示意图；图5是本专利技术单个π模块的氧化铝导热板银浆涂抹区域示意图；图6是本专利技术3个π模块的氧化铝导热板银浆涂抹区域示意图；图7为本专利技术3个π模块连接示意图。具体实施方式：下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧化物热电发电模块，包括两个上下布设的氧化物导热板，两个氧化物导热板之间设置有N型及P型热电发电组件，所述热电发电组件与氧化物导热板固定连接，其特征是：所述N型及P型热电发电组件均掺杂有稀土族元素，且与氧化物导热板的接触面均设置有金属丝网。

【技术特征摘要】
1.一种氧化物热电发电模块，包括两个上下布设的氧化物导热板，两个氧化物导热板之间设置有N型及P型热电发电组件，所述热电发电组件与氧化物导热板固定连接，其特征是：所述N型及P型热电发电组件均掺杂有稀土族元素，且与氧化物导热板的接触面均设置有金属丝网。2.如权利要求1所述的一种氧化物热电发电模块，其特征是：所述两个氧化物导热板的相对的一面上，涂抹有银浆，且两个氧化物导热板涂抹的银浆位置相对应。3.如权利要求1所述的一种氧化物热电发电模块，其特征是：所述N型及P型热电发电组件均为氧化物热电发电材质，优选锰酸钙、钴酸钙、钴酸镧、碳酸锶或氧化锌等氧化物材料。4.如权利要求1所述的一种氧化物热电发电模块，其特征是：所述P型热电发电组件为长方体，所述N型热电发电组件为圆柱体。5.如权利要求1所述的一种氧化物热电发电模块，其特征是：所述稀土族元素通过固相反应方法掺杂至热电发电组件内。6.一种氧化物热电发电系统，其特征是：包括多个如权利要求1-5中任一项所述的氧化物热电发电模块以串联的形式钎焊连接在导热板上。7.如权利要求1-5中任一项所述的氧化物热电发电模块的制备方法，其特征是：包括以下步骤：(1)利用固相反应方法分别制备含有稀土族元素的N型及P型热电发电组件；(2)将银浆进行稀释，涂抹于两个氧化物导热板一面上，使得两个氧化物导热板上银浆涂抹区域相配合；(3)将金属丝网分别放置在两个氧化物导热板的银浆涂抹区域，并在金属丝网上涂抹银浆，N型及P型热电发电组件分别放置于金属丝网上，保持一定间距；(...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔德泉，苏文斌，季洪祥，马瑞廷，晏一珺，范艳婷，王洪超，王春雷，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37