准固态离子热电凝胶材料及制备方法、热电器件及应用技术

本发明专利技术涉及热电能源转换技术领域，公开了准固态离子热电凝胶材料及制备方法、热电器件及应用。所述准固态离子热电凝胶材料由包括以下组分的原料经过混合交联后制备得到：含有氨基的凝胶基体材料、碳链两端含有醛基的有机交联剂、水溶性金属盐、氧化/还原电对、水。本发明专利技术在准固态离子热电凝胶材料的原料中引入碳链两端含有醛基的有机交联剂，使得含有氨基的凝胶基体材料、碳链两端含有醛基的有机交联剂发生交联反应，形成具有碳氮双键的席夫碱化合物，提高了准固态离子热电凝胶材料在高温区的热稳定性，使所述准固态离子热电凝胶材料在高温端的使用温度大幅度提高，从而拓宽了所述准固态离子热电凝胶材料的使用温度区间。固态离子热电凝胶材料的使用温度区间。固态离子热电凝胶材料的使用温度区间。

【技术实现步骤摘要】
准固态离子热电凝胶材料及制备方法、热电器件及应用


[0001]本专利技术涉及热电能源转换
，尤其涉及一种准固态离子热电凝胶材料及制备方法、热电器件及应用。

技术介绍

[0002]热电能源转换技术作为当今研究的热点能量转换技术之一，其在功率发电和固态制冷等领域有着重要的应用前景，有望成为缓解当下能源危机的最佳候选材料。电子型热电材料以电子作为能量的载体，其热电势(seebeck系数)较小，数量级通常为几百μV K
‑1，这对于实现较高的电压输出是一个巨大的挑战。离子热电材料以离子导电材料为载体，依靠材料中自由移动的离子导电。当在离子导电材料两端施加温差时，由于离子的定向迁移和在电极处的积累，也可以产生电势差，将热能转化为电能，离子热电材料在单位温差下可以产生更大的电势差(mV K
‑1)，在城市物联网供电和热电化学等方面有重要的应用前景。
[0003]准固态离子凝胶材料作为热电器件的电解质解决了水系电解质泄露的问题，同时具有柔性的准固态离子凝胶材料也为可穿戴热电器件提供了更大的可能。但是，现有的准固态离子热电凝胶材料的使用温度区间较窄，严重阻碍了热电器件输出功率的进一步提高。
[0004]因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

[0005]鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种准固态离子热电凝胶材料及制备方法、热电器件及应用，旨在解决现有的准固态离子热电凝胶材料的使用温度区间较窄的问题。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
>[0007]本专利技术的第一方面，提供一种准固态离子热电凝胶材料，其中，所述准固态离子热电凝胶材料由包括以下组分的原料经过混合交联后制备得到：
[0008]含有氨基的凝胶基体材料、碳链两端含有醛基的有机交联剂、水溶性金属盐、氧化/还原电对、水。
[0009]可选地，所述含有氨基的凝胶基体材料为明胶，所述碳链两端含有醛基的有机交联剂为戊二醛，所述水溶性金属盐为KCl，所述氧化/还原电对为K3Fe(CN)6/K4Fe(CN)6。
[0010]可选地，所述水与含有氨基的凝胶基体材料的质量比为(9～15):(3～5)；
[0011]以所述水的体积计，所述碳链两端含有醛基的有机交联剂的浓度为0～0.8mM，所述水溶性金属盐的浓度为0.5～0.8M，所述氧化/还原电对中氧化型物质的浓度为0.05～0.30M，还原型物质的浓度为0.08～0.50M；其中，所述碳链两端含有醛基的有机交联剂的浓度不为0mM。
[0012]本专利技术的第二方面，提供一种本专利技术如上所述的准固态离子热电凝胶材料的制备方法，其中，包括步骤：
[0013]将含有氨基的凝胶基体材料、碳链两端含有醛基的有机交联剂、水溶性金属盐、氧化/还原电对和水进行混合，交联反应后，得到所述准固态离子热电凝胶材料。
[0014]可选地，在50～60℃的温度下，将所述含有氨基的凝胶基体材料、水溶性金属盐、氧化/还原电对和水混合后搅拌30min～1h，然后加入碳链两端含有醛基的有机交联剂，继续搅拌20～30min进行交联反应，得到所述准固态离子热电凝胶材料。
[0015]本专利技术的第三方面，提供一种热电器件，其中，所述热电器件包括：
[0016]本专利技术如上所述的准固态离子热电凝胶材料，和/或采用本专利技术如上所述的制备方法制备得到的准固态离子热电凝胶材料。
[0017]可选地，所述热电器件还包括两个电极，分别设置在所述准固态离子热电凝胶材料的两端。
[0018]可选地，所述热电器件用聚乙烯膜或聚丙烯膜封装。
[0019]本专利技术的第四方面，提供一种本专利技术如上所述的热电器件在制备可穿戴热电设备中的应用。
[0020]可选地，所述可穿戴热电设备包括一个或多个所述热电器件，当所述可穿戴热电设备包括多个所述热电器件时，多个所述热电器件串联连接。
[0021]有益效果：本专利技术在准固态离子热电凝胶材料的原料中引入碳链两端含有醛基的有机交联剂，使得含有氨基的凝胶基体材料、碳链两端含有醛基的有机交联剂发生交联反应，形成具有碳氮双键的席夫碱化合物，改变了含有氨基的凝胶基体材料原有的物理交联方式，提高了准固态离子热电凝胶材料在高温区的热稳定性，使所述准固态离子热电凝胶材料在高温端的使用温度大幅度提高，从而拓宽了所述准固态离子热电凝胶材料的使用温度区间，使得包含所述准固态离子热电凝胶材料的热电器件具有宽工作温度区间的同时具有高的输出功率密度。
附图说明
[0022]图1为本专利技术实施例中准固态离子热电凝胶材料的设计原理示意图。
[0023]图2中(a)为本专利技术实施例3中喷金后的三维微米花结构铜箔表面的SEM图；(b)为在未经刻蚀处理的光滑铜箔表面喷金后的表面SEM图。
[0024]图3为本专利技术实施例3中制备得到的热电器件的实物图。
[0025]图4为本专利技术实施例4中制备得到的可穿戴热电设备点亮LED灯的实物图。
[0026]图5中(a)为本专利技术实施例1中制备得到的不同GTA浓度的准固态离子热电凝胶材料的热电势曲线，(b)为本专利技术实施例1中制备得到的不同r
v
值的准固态离子热电凝胶材料的热电势曲线。
[0027]图6为本专利技术实施例3和对比例2中制备得到的热电器件的最大功率随高温端温度变化图。
[0028]图7为本专利技术实施例3中的热电器件与现有离子热电器件的性能对比图。
[0029]图8为本专利技术实施例3中的热电器件采用工作
‑
休息模式进行长时间循环的结果图。
[0030]图9为本专利技术实施例3中的热电器件采用持续放电模式进行长时间循环的结果图。
[0031]图10为本专利技术实施例3中的热电器件分别采用工作
‑
休息模式、持续放电模式进行
7次循环放电能量密度对比图。
[0032]图11为本专利技术实施例3中的热电器件工作两个小时放出的功率密度结果图，其中(a)为电压和输出电流分别随时间变化图，(b)为能量密度随电阻变化图。
[0033]图12为本专利技术实施例4中的可穿戴热电设备的充电曲线。
[0034]图13为专利技术实施例4中的可穿戴热电设备在12K温差下的放电特性图。
具体实施方式
[0035]本专利技术提供一种准固态离子热电凝胶材料及制备方法、热电器件及应用，为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0036]除非另有定义，本文所使用的所有的技术术语和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本专利技术。
[0037]专利技术人团队致力于提高凝胶基准固态热电器件的输出功率研究，在该研究的过程中发现离子凝胶材料的有限使用温度区间严重阻碍热电器件输出功率的进一步提本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种准固态离子热电凝胶材料，其特征在于，所述准固态离子热电凝胶材料由包括以下组分的原料经过混合交联后制备得到：含有氨基的凝胶基体材料、碳链两端含有醛基的有机交联剂、水溶性金属盐、氧化/还原电对、水。2.根据权利要求1所述的准固态离子热电凝胶材料，其特征在于，所述含有氨基的凝胶基体材料为明胶，所述碳链两端含有醛基的有机交联剂为戊二醛，所述水溶性金属盐为KCl，所述氧化/还原电对为K3Fe(CN)6/K4Fe(CN)6。3.根据权利要求1所述的准固态离子热电凝胶材料，其特征在于，所述水与含有氨基的凝胶基体材料的质量比为(9～15):(3～5)；以所述水的体积计，所述碳链两端含有醛基的有机交联剂的浓度为0～0.8mM，所述水溶性金属盐的浓度为0.5～0.8M，所述氧化/还原电对中氧化型物质的浓度为0.05～0.30M，还原型物质的浓度为0.08～0.50M；其中，所述碳链两端含有醛基的有机交联剂的浓度不为0mM。4.一种如权利要求1
‑
3任一项所述的准固态离子热电凝胶材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：将含有氨基的凝胶基体材料、碳链两端含有醛基的有机交联剂、水溶性金属盐、氧化/还原电对和水...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘玮书，李禹辰，王帅华，朱康，于茂，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：