基于低品位热能收集转化复合材料的水蒸发发电器件及其制作方法技术

本发明专利技术涉及蒸发发电技术领域，且公开了基于低品位热能收集转化复合材料的水蒸发发电器件，包括基底、上电极、下电极和复合材料层，上电极和下电极位于基底同一面的上、下两端，复合材料层由复合材料生成在基底上形成，上电极、下电极位于基底和复合材料层之间，所述复合材料由2DMOF、nafion以及Span80组成。本发明专利技术还公开了该水蒸发发电器件的制作方法，包括如下步骤：S1、MOF悬浊液；S2、Span80乙醇溶液的配制；S3、混合溶液的配制；S4、器件的制作；S5、滴涂成膜。本发明专利技术制作的水蒸发发电器件的复合材料层在空气和水中都不易脱落，制作过程中MOF不易团聚，制作难度低。制作难度低。制作难度低。

【技术实现步骤摘要】
基于低品位热能收集转化复合材料的水蒸发发电器件及其制作方法


[0001]本专利技术涉及蒸发发电
，具体为基于低品位热能收集转化复合材料的水蒸发发电器件及其制作方法。

技术介绍

[0002]水是地球上最常见的物质之一，它覆盖了地球面积的71％。水是生命之源也是能量之源，作为能量的载体，水中蕴含着巨大的能量，但大部分能量会以水蒸发的形式耗散，难以收集，是一种利用难度大的低品位热能。每年仅水蒸发转化能量的功率就超过34PW，这比人类年均一次能源的消耗功率高三个量级。自然界中的水循环在持续不断进行，因此水蒸发发电是一种极好的新型能源转化方式，它可以通过自然界的水蒸发现象将水从环境中吸收的热能源源不断地转化为电能，实现低品位热能的收集和转化。近年来由于清洁环保、成本低廉，水蒸发发电正在成为新能源领域的研究热点。与传统的风能、太阳能、潮汐能相比，水蒸发无时无刻不在发生，受环境影响较小，可以持续输出电能。
[0003]水蒸发发电对材料的基本要求有内部存在大量孔道、材料表面亲水、材料表面zeta电位较高。金属有机框架是一种由金属离子(或团簇)与有机配体连结形成的有序多孔晶体材料。由于其巨大的比表面积、丰富的孔道和理化性质的可调控性，已在多个应用领域，例如储氢、分离、催化等，展现出了巨大的潜力。
[0004]MOF材料在蒸发发电应用领域的核心优势在于通过对其金属节点或有机配体的调控，可以在分子层面对MOF材料的性质和晶体结构做出精准的调节，从而对其孔道内外环境与孔道结构进行有效的控制。因此从理论上讲，MOF可能是一种非常有前途的水蒸发发电材料。
[0005]在MOF用于进行水蒸发发电的研究中，除了MOF种类的选择，另外一个不可忽视的重点是器件制作过程中MOF的成型问题，MOF易团聚、易脱落，制作成器件存在一定困难。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是：为了解决现有技术中存在的缺点，而提出基于低品位热能收集转化复合材料的水蒸发发电器件及其制作方法。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0008]基于低品位热能收集转化复合材料的水蒸发发电器件，包括基底、上电极、下电极和复合材料层，上电极和下电极位于基底同一面的上、下两端，复合材料层由复合材料生成在基底上形成，上电极、下电极位于基底和复合材料层之间，所述复合材料由2D MOF、nafion以及Span80组成。
[0009]进一步，所述复合材料通过热压法生成在基底上。
[0010]进一步，所述复合材料通过滴涂溶液成膜法生成在基底上。
[0011]上述的基于低品位热能收集转化复合材料的水蒸发发电器件的制作方法，包括如
下步骤：
[0012]S1、MOF悬浊液：
[0013]将2D MOF粉末溶于超纯水中，超声分散15
‑
30min，2D MOF粉末与超纯水的质量比为1
‑
2:1
‑
5，得到MOF悬浊液；
[0014]S2、Span80乙醇溶液的配制：
[0015]将Span80滴加到无水乙醇溶液中，混合均匀，Span80和无水乙醇溶液的质量比为0.5
‑
1：10，得到Span80乙醇溶液；
[0016]S3、混合溶液的配制：
[0017]将配制好的MOF悬浊液与5％Nafion溶液、Span80乙醇溶液混合，三种溶液体积比为200：10
‑
20：1
‑
2，超声1
‑
2h，得到混合溶液；
[0018]S4、器件的制作：
[0019]在基底上制作上下两个L形电极，然后用环氧树脂胶水制作一个方形凹槽，上下两个L形电极的下端位于方形凹槽内，胶水风干后即可定型；
[0020]S5、滴涂成膜：
[0021]用滴管或移液器或注射器吸取配制好的混合溶液，将其缓缓滴在方形凹槽中，等待风干成膜，即得到水蒸发发电器件。
[0022]进一步，S1中所述2D MOF的合成方法为：
[0023]将金属盐和有机配体粉末加入有机溶剂，超声使其充分溶解在溶剂中并混合均匀；
[0024]将溶液转移至高压反应釜中，125℃反应5h；
[0025]反应结束后取出反应釜，冷却至室温后开釜，将溶液转移至离心管，离心，多次洗涤，干燥，得到MOF粉末。
[0026]进一步，所述金属盐、有机配体粉末和有机溶剂的摩尔比为3
‑
4:1
‑
1.2:280
‑
400。
[0027]进一步，所述金属盐为六水合氯化铝，所述有机配体为2
‑
羟基对苯二甲酸，所述有机溶剂为甲醇。
[0028]进一步，S4中所述基底上的上下两个L形电极采用纳米导电碳黑浆料涂制制成。
[0029]本专利技术还提供上述的制作方法制作得到的水蒸发发电器件。
[0030]本专利技术还提供上述的制作方法制作得到的水蒸发发电器件在水蒸发发电中的用途。
[0031]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0032]本专利技术制作的水蒸发发电器件的复合材料层在空气和水中都不易脱落，制作过程中MOF不易团聚，制作难度低。器件可以给超级电容器充放电，点亮LED灯、多个器件串联可以点亮灯泡、可以为数字计算机和工作手表供电、光控开关、自供电式可穿戴汗乳酸盐分析仪、可以将发电与太阳能电池结合，是一种具有广阔前途的应用方式。
附图说明
[0033]图1为本专利技术基于低品位热能收集转化复合材料的水蒸发发电器件实施例的结构示意图；
[0034]图2为本专利技术基于低品位热能收集转化复合材料的水蒸发发电器件实施例的爆炸
结构示意图；
[0035]图3为本专利技术基于低品位热能收集转化复合材料的水蒸发发电器件实施例中复合材料层的结构示意图；
[0036]图4为本专利技术基于低品位热能收集转化复合材料的水蒸发发电器件实施例的示意图；
[0037]图5为本专利技术基于低品位热能收集转化复合材料的水蒸发发电器件实施例的示意图(滴涂成膜后)；
[0038]图6为本专利技术基于低品位热能收集转化复合材料的水蒸发发电器件实施例中2D MOF材料SEM(5000倍)的示意图；
[0039]图7为本专利技术基于低品位热能收集转化复合材料的水蒸发发电器件实施例中2D MOF材料SEM(10000倍)的示意图；
[0040]其中，基底1、上电极2、下电极3、复合材料层4、方形凹槽5。
具体实施方式
[0041]为了使本领域的技术人员可以更好地理解本专利技术，下面结合附图和实施例对本专利技术技术方案进一步说明。
[0042]实施例一
[0043]如图1
‑
图3所示，本专利技术的基于低品位热能收集转化复合材料的水蒸发发电器件，包括基底1、上电极2、下电极3和复合材料层4，上电极2和下电极3位于基底1同一面的上、下两本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于低品位热能收集转化复合材料的水蒸发发电器件，包括基底(1)、上电极(2)、下电极(3)和复合材料层(4)，上电极(2)和下电极(3)位于基底(1)同一面的上、下两端，复合材料层(4)由复合材料生成在基底(1)上形成，上电极(2)、下电极(3)位于基底(1)和复合材料层(4)之间，其特征在于，所述复合材料由2D MOF、nafion以及Span80组成。2.如权利要求1所述的基于低品位热能收集转化复合材料的水蒸发发电器件，其特征在于，所述复合材料通过热压法生成在基底(1)上。3.如权利要求1所述的基于低品位热能收集转化复合材料的水蒸发发电器件，其特征在于，所述复合材料通过滴涂溶液成膜法生成在基底(1)上。4.如权利要求3所述的基于低品位热能收集转化复合材料的水蒸发发电器件的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、MOF悬浊液：将2D MOF粉末溶于超纯水中，超声分散15
‑
30min，2D MOF粉末与超纯水的质量比为1
‑
2:1
‑
5，得到MOF悬浊液；S2、Span80乙醇溶液的配制：将Span80滴加到无水乙醇溶液中，混合均匀，Span80和无水乙醇溶液的质量比为0.5
‑
1：10，得到Span80乙醇溶液；S3、混合溶液的配制：将配制好的MOF悬浊液与5％Nafion溶液、Span80乙醇溶液混合，三种溶液体积比为200：10
‑
20：1
‑
2，超声...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁佰锁，
申请(专利权)人：理工清科重庆先进材料研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：