活性材料和包含活性材料的电力发电机制造技术

本发明专利技术涉及一种活性材料，其包含至少一种含氧化合物、至少一种增稠剂添加剂以及至少一种增塑剂添加剂，所述至少一种含氧化合物选自由MgO、ZnO、ZrOCl2、ZrO2、SiO2、Bi2O3、Al2O3和TiO2组成的组，所述至少一种增稠剂添加剂选自由琼脂、黄原胶、甲基纤维素和阿拉伯树胶组成的组，其中至少一种基于氧的化合物的颗粒尺寸具有在从10nm至40μm的范围内的平均直径。本发明专利技术还涉及包括至少第一电极(11)和第二电极(12)的电力发电机(EPG)，其中电力发电机包括在所述电极(11，12)之间的活性材料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】活性材料和包含活性材料的电力发电机专利
本专利技术涉及一种用于制造发电机(electricgenerator)的活性材料和一种用于获得这样的介质的方法。因此，本专利技术还涉及包含所述活性材料的发电机。现有技术众所周知，热电发电机(thermoelectricpowergenerator)和热离子发电机(thermionicpowergenerator)用于将热能直接转换成电能。热电发电机是基于热电效应即塞贝克效应(Seebeckeffect)的装置，其涉及在固体主体之间的热流和电流之间的相互作用。在专利EP2521192中和在专利申请EP2277209中公开了这样的装置的实例。广义而言，热电发电机由三个主要部件组成：与热源界面结合的热电材料、热电模块和热电系统。热电材料通过将温差转换成电压而直接从热发电。特别地，这些材料典型地具有高电导率和低热导率两者。低热导率确保了当一侧变热时，另一侧保持冷的。这有助于在温度梯度下产生大电压。热电模块是包含热电材料的电路，热电材料直接从热发电。模块由在它们的末端处连接的两种不同的热电材料组成，即带负电荷的半导体和带正电荷的半导体。当两种材料之间存在温度梯度时，直流电流将在电路中流动。这样的梯度由热电系统提供，该热电系统典型地包括在模块上的两侧上使用的热交换器，以分别提供加热和冷却。热离子发电机，也称为热离子功率转换器(thermionicpowerconverter)，将热直接转化为电。热离子发电机典型地包括布置在容器中的两个电极。其中一个被提升到足够高的温度以成为热离子电子发射器或“热板”。另一个电极被称为收集器，因为它接收发射的电子。收集器在显著较低的温度操作。电极之间的空间可以是真空，或可选择地填充有低压蒸气气体。热能可以由化学源、太阳能源或核能源供应。热电发电机以及热离子发电机具有许多缺点，其中包括低转换效率和需要提供温度梯度。此外，这样的发电机需要相对恒定的热源。因此，本专利技术的主要目的是提供一种电力发电机，该电力发电机能够将部分热能转换成电能并且允许克服现有技术的装置的缺点。专利技术概述专利技术人令人惊讶地发现了新的活性材料，该活性材料能够被应用在一个电极上，并且当包含在至少两个电极之间时能够产生电流而不需初始充电和依赖于温度。因此，本专利技术涉及活性材料，其包含至少一种含氧化合物(oxygen-containingcompound)、至少一种增稠剂添加剂以及至少一种增塑剂添加剂，所述至少一种含氧化合物选自由MgO、ZnO、ZrOCl2、ZrO2、SiO2、Bi2O3、Al2O3和TiO2组成的组，所述至少一种增稠剂添加剂选自由琼脂、黄原胶、甲基纤维素和阿拉伯树胶组成的组，其中至少一种基于氧的化合物(oxygen-basedcompound)的颗粒尺寸具有在从10nm至40μm的范围内的平均直径。在本专利技术中，当使用术语“增塑剂添加剂”时，其意指当加入时能够产生或增强塑性的物质，例如硅酮、硅氧烷或巴西棕榈蜡，但是还可以设想萘、PVDF、聚对二甲苯、PTFE、FEP和PDMS。在本专利技术中，当提及至少一种基于氧的化合物的“颗粒尺寸”时，其意指按照用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)或动态光散射(DLS)测量的所述颗粒的平均直径。在本专利技术的优选实施方案中，活性材料包含MgO、ZnO和ZrO2作为含氧化合物，琼脂、黄原胶、甲基纤维素作为增稠剂添加剂，以及硅酮作为增塑剂添加剂。在另一方面，本专利技术涉及用于制备活性材料的工艺，该工艺包括以下步骤：a)用选自由水、乙二醇、甘油、二甲基亚砜组成的组的溶剂和选自由MgO、ZnO、ZrOCl2、ZrO2、SiO2、Bi2O3、Al2O3和TiO2组成的组的至少一种含氧化合物的相关混合物来制备溶液；b)在从75℃至90℃的范围内的温度加热步骤a)中的所述溶液；c)加入选自由琼脂、黄原胶、甲基纤维素和阿拉伯树胶组成的组的至少一种增稠剂添加剂，从而获得均匀的溶液；d)将步骤c)中的所述均匀的溶液冷却至在从30℃至15℃的范围内的温度，允许胶凝，从而获得胶凝材料；e)向胶凝材料中加入至少一种增塑剂，从而获得活性材料，其中至少一种基于氧的化合物的颗粒尺寸具有在从10nm至40μm的范围内的平均直径。在又一方面，本专利技术涉及用于制备活性材料的可选择的工艺，该工艺包括以下步骤：i)用选自由水、乙二醇、甘油、二甲基亚砜组成的组的溶剂和选自由MgO、ZnO、ZrOCl2、ZrO2、SiO2、Bi2O3、Al2O3和TiO2组成的组的至少一种含氧化合物的相关混合物来制备第一溶液；ii)在从90℃至110℃的范围内的温度加热步骤i)中的所述第一溶液；iii)将步骤ii)中的均匀的溶液冷却至在从50℃至30℃的范围内的温度；iv)用选自由水、乙二醇、甘油、二甲基亚砜组成的组的溶剂和选自由琼脂、黄原胶、甲基纤维素和阿拉伯树胶组成的组的至少一种增稠剂添加剂的相关混合物来制备第二溶液；v)在从90℃至120℃的范围内的温度加热步骤iv)中的所述第二溶液；vi)在45℃将所述第一溶液与在步骤v)的所述溶液混合；vii)将步骤vi)中的均匀的溶液冷却至在从30℃至20℃的范围内的温度，并使其经历从环境温度至-18℃的冷却循环；viii)向步骤vii)中的所述溶液中加入至少一种增塑剂添加剂，从而获得均匀的材料溶液；ix)任选地除去所述溶剂，并且获得所述活性材料，其中至少一种基于氧的化合物的颗粒尺寸具有在从10nm至40μm的范围内的平均直径。在另一方面，本专利技术涉及包括至少两个电极的电力发电机(EPG)，所述至少两个电极彼此以适当距离设置并且优选地由不同材料制成。EPG包括在所述至少两个电极之间的、根据本专利技术的活性材料。电极由金属、合金和/或碳基材料(carbon-basedmaterial)例如石墨制成。电极厚度优选地在从0.1μm至3000μm的范围内，更优选地从50μm至1000μm，还更优选地从300μm至600μm。在根据本专利技术的EPG的优选实施方案中，所述至少两个电极由Cu和Al制成，优选地呈基本上平行的板或箔的形式。在柔性EPG的情况下，自支撑柔性材料(在前面列出的材料中)和金属化聚合物两者都可以被视为电极。本专利技术还涉及包括多于一个EPG的发电机模块(PGM)，所述多于一个EPG可以串联连接或并联连接，而不包含EPG特性(电压和电流)。附图说明根据借助于附图对活性材料以及对电力发电机的优选实施方案的详细描述，本专利技术的另外的特征和优点将更加明显，在附图中：-图1示出了包括根据本专利技术的活性材料的电力发电机的夹层结构；-图2示出了包括根据本专利技术的电力发电机的电路的实例；-图3示出了实施例4中进行的测试的结果的曲线；-图4示出了实施例4中进行的测试的结果的曲线；-图5示出了实施例5中进行的测试的结果的曲线；-图6示出了实施例5中进行的测试的结果的曲线；-图7示出了在实施例5中进行的测试中的曲线电流温度依赖性。-图8示出了实施例6中进行的测试的结果的曲线；-图9示出了实施例7中进行的测试的结果的曲线；-图10示出了实施例8中进行的测试的结果的曲线；-图11示出了实施例9中进行的测试的结果的曲线；-图12A和图12B示出了分别在充电阶段(图12A)和放电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种活性材料，包含至少一种含氧化合物、至少一种增稠剂添加剂以及至少一种增塑剂添加剂，所述至少一种含氧化合物选自由MgO、ZnO、ZrOCl2、ZrO2、SiO2、Bi2O3、Al2O3和TiO2组成的组，所述至少一种增稠剂添加剂选自由琼脂、黄原胶、甲基纤维素和阿拉伯树胶组成的组，其中至少一种基于氧的化合物的颗粒尺寸具有在从10nm至40μm的范围内的平均直径。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.08.10 EP PCT/EP2016/0690301.一种活性材料，包含至少一种含氧化合物、至少一种增稠剂添加剂以及至少一种增塑剂添加剂，所述至少一种含氧化合物选自由MgO、ZnO、ZrOCl2、ZrO2、SiO2、Bi2O3、Al2O3和TiO2组成的组，所述至少一种增稠剂添加剂选自由琼脂、黄原胶、甲基纤维素和阿拉伯树胶组成的组，其中至少一种基于氧的化合物的颗粒尺寸具有在从10nm至40μm的范围内的平均直径。2.如权利要求1所述的活性材料，其中所述至少一种含氧化合物具有在15nm-10μm、优选地20nm-5μm的范围内的颗粒平均直径。3.如权利要求2所述的活性材料，其中所述至少一种含氧化合物具有在从10nm至200nm的范围内、优选地在15nm-100nm的范围内、更优选地在20nm-40nm的范围内的颗粒平均直径。4.如权利要求1-3中任一项所述的活性材料，其中所述至少一种含氧化合物是MgO，相对于所述活性材料的总重量，所述MgO在从3％和17％的范围内，优选地10％。5.如权利要求1-3中任一项所述的活性材料，其中所述至少一种含氧化合物是ZnO或ZrO2。6.如权利要求5所述的活性材料，其中相对于所述活性材料的总重量，所述至少一种含氧化合物在从0.7％和10％的范围内，优选地3.7％。7.如权利要求1-6中任一项所述的活性材料，其中所述至少一种增稠剂添加剂选自由琼脂、黄原胶和甲基纤维素组成的组。8.如权利要求7所述的活性材料，其中相对于所述活性材料的总重量，所述至少一种增稠剂添加剂在从0.19％和6.5％的范围内，优选地0.84％。9.如权利要求1-8中任一项所述的活性材料，其中所述至少一种增塑剂添加剂选自由硅酮、硅氧烷、巴西棕榈蜡、萘、PVDF、聚对二甲苯、PTFE、FEP和PDMS组成的组。10.如权利要求1-9中任一项所述的活性材料，其中所述活性材料包含硅酮，相对于所述活性材料的总重量，所述硅酮以在从5％至40％范围内、优选地12.5％和37.5％、更优选地33.3％的量。11.如权利要求1-3中任一项所述的活性材料，其中所述活性材料包含MgO、ZnO、ZrOCl2、琼脂、黄原胶、甲基纤维素和硅酮。12.一种用于制备根据权利要求1-11中任一项所述的活性材料的工艺，包括以下步骤：a)用选自由水、乙二醇、甘油、二甲基亚砜组成的组的溶剂和选自由MgO、ZnO、ZrOCl2、ZrO2、SiO2、Bi2O3、Al2O3和TiO2组成的组的至少一种含氧化合物的相关混合物来制备溶液；b)在从75℃至90℃的范围内的温度加热步骤a)中的所述溶液；c)加入选自由琼脂、黄原胶、甲基纤维素和阿拉伯树胶组成的组的至少一种增稠剂添加剂，从而获得均匀的溶液；d)将步骤c)中的所述均匀的溶液冷却至在从30℃至15℃的范围内的温度，允许胶凝，从而获得胶凝材料；e)向所述胶凝材料中加入至少一种增塑剂，从而获得所述活性材料，其中所述至少一种基于氧的化合物的颗粒尺寸具有在从10nm至40μm的范围内的平均直径。13.一种用于制备根据权利要求1-11中任一项所述的活性材料的工艺，包括以下步骤：i)用选自由水、乙二醇、甘油、二甲基亚砜组成的...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢卡·麦格尼，西蒙娜·埃法，亚历山德拉·艾科格里，嘉布里尔·潘泽里，弗朗切斯科·利贝拉尔，文森佐·泰雷拉，卢卡·苏卡，西蒙·布鲁内蒂，
申请(专利权)人：特莫因德股份公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH