一种阴离子调控型离子热电凝胶电池及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种阴离子调控型离子热电凝胶电池及其制备方法与应用，所述离子热电凝胶电池材料包括胶凝基体

【技术实现步骤摘要】
一种阴离子调控型离子热电凝胶电池及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于热电材料领域，具体涉及一种阴离子调控型离子热电凝胶电池及其制备方法与应用
。

技术介绍

[0002]随着
5G
网络通讯的到来，家庭
、
医疗
、
工业
、
城市等的发展逐渐实现智能化和物联化
。
如何有效保证物联网中成千上万亿个传感器持续不断地工作，是目前迫切需要解决的难题
。
热电转换技术是一种绿色
、
环保的能源转换技术，它能直接将周围环境的热能转化为电能，有望使传感器摆脱电网或电池的束缚，从而降低维护成本并且实现能源自供给
。
传统电子型半导体热电材料利用电子或空穴来产生电能，输出功率可以达到
mW
量级，但其热电势仅为～
μ
V K
‑1。
然而，物联网中的传感器正常工作所需电压通常在
1V
以上，意味着独立支持传感器或电子器件工作需要集成成百上千个这样的重复单元，集成工艺复杂；另一方面，所用原材料通常存在毒性大
、
成本高等问题
。
尽管传统半导体热电材料取得了瞩目的研究成果
(
高
ZT
值
、
高转化效率等
)
，但此缺点仍限制了其进一步应用
。
[0003]离子热电池作为新的能源转换方式，利用离子作为载能子，也能将热能转化为电能，具有～
mV K
‑1的热电势，比传统半导体热电材料高出数百倍
。
离子热电池具有两种热电转换方式，分别为热电化学效应和热扩散效应
。
热电化学效应是指在温差下氧化还原电对离子在冷热电极处分别发生氧化或还原反应，通过反应前后的熵变实现热到电的转换
。
热扩散效应是指在温差下阴阳离子定向迁移产生扩散浓度差进而感应出电势差，实现热到电的转换
。
离子热电池的热电转换过程安全无噪音
、
绿色无毒
、
制备简单
、
原料环保
。
离子热电凝胶电池能够有效解决液态离子热电池漏液的难题，因而受到更多的关注
。
虽然目前所报道的离子热电凝胶电池的热电势有了较大提高，但其输出功率密度偏低，仍无法独立支持小型传感器或其他小型电子器件工作
。
因此，进一步有效提高离子热电凝胶电池的输出功率密度及热电势是目前该领域亟待解决的难题
。

技术实现思路

[0004]为了克服上述现有技术存在的问题，本专利技术的目的之一在于提供一种离子热电凝胶电池材料
。
本专利技术的目的之二在于提供一种离子热电凝胶电池
。
本专利技术的目的之三在于提供这种离子热电凝胶电池的制备方法
。
本专利技术的目的之四在于提供一种温差发电装置
。
本专利技术的目的之五在于提供一种可穿戴装备
。
[0005]为了克服当前离子热电凝胶电池面临的挑战，本专利技术意在制备一种阴离子调控型离子热电凝胶电池
。
这种阴离子调控型离子热电凝胶电池通过热电化学效应和热扩散效应的协同作用，利用多种热扩散离子耦合，通过调节热扩散阴离子的种类及浓度，获得优异的热电转换性能，如高的热电势
、
高的输出功率密度和高的回收能量密度，使其在传感器及柔性可穿戴领域的应用提供可能
。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案是：
[0007]本专利技术第一方面提供了一种离子热电凝胶电池材料，所述离子热电凝胶电池材料包括胶凝基体
、
水溶性金属盐
、
氧化还原电对和水，其中所述胶凝基体材料
、
水溶性金属盐
、
氧化还原电对分布于水中
。
[0008]在本专利技术的一些实例中，所述凝胶基体为胶原
、
明胶
、
透明质胶
、
壳聚糖
、
透明质酸中的一种或多种
。
[0009]在本专利技术的一些实例中，所述氧化还原电对为
K3Fe(CN)6/K4Fe(CN)6。
[0010]在本专利技术的一些实例中，所述水溶性金属盐为碱金属卤化物
、
碱土金属卤化物
、
碱金属硝酸盐
、
碱土金属硝酸盐
、
碱金属硫酸盐
、
碱土金属硫酸盐
、
碱金属碳酸盐
、
碱土金属碳酸盐中的一种或多种；其中，所述碱金属卤化物为
NaCl、NaBr、KCl、KBr
中的一种或多种；所述碱土金属卤化物为
CaCl2、BaCl2、MgCl2中的一种或多种；所述碱金属硝酸盐为
LiNO3、NaNO3、KNO3中的一种或多种；所述碱土金属硝酸盐为
Ba(NO3)2、Mg(NO3)2中的一种或多种；所述碱金属硫酸盐为
Li2SO4、Na2SO4、K2SO4中的一种或多种；所述碱土金属硫酸盐为
MgSO4；所述碱金属碳酸盐为
Na2CO3和
/
或
K2CO3；更优选为，所述水溶性金属盐为
KCl、KBr、NaNO3、KNO3、Na2SO4、K2SO4的两种或多种组合
。
[0011]水溶性金属盐在离子热电凝胶电池中电离形成阴离子和金属阳离子，在温差的作用下利用热扩散效应实现阴
、
阳离子定向迁移，从而产生电能
。
[0012]在本专利技术的一些实例中，所述胶凝基体与水的质量比为1：
(1
～
50)
；优选为1：
(1
～
10)
；更优选为1：
(1
～
5)
；包括但不限于
2.0、2.3、2.5、2.8、3.0、3.2、3.5、4.0、4.5。
[0013]在本专利技术的一些实例中，所述氧化还原电对的浓度为
0.25/0.15
～
0.5/0.3mol L
‑1。
[0014]在本专利技术的一些实例中，所述碱金属或碱土金属盐的浓度为
0.025
～
0.5mol L
‑1；包括但不限于
0.025、0.05、0.1、0.15、0.2、0.3、0.4、0.5mol L
‑1。
[0015]本专利技术第二方面提供了一种离子热电凝胶电池，所述离子热电凝胶电池包括电极以及第一方面所述的离子热电凝胶电池材料
。
[0016]本专利技术第三方面提供了第二方面所述的离子热电凝胶电池的制备方法，包括以下步骤：
[0017]S1、...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种离子热电凝胶电池材料，其特征在于，所述离子热电凝胶电池材料包括胶凝基体
、
水溶性金属盐
、
氧化还原电对和水，其中所述胶凝基体材料
、
水溶性金属盐
、
氧化还原电对分布于水中
。2.
根据权利要求1所述的离子热电凝胶电池材料，其特征在于，所述凝胶基体为胶原
、
明胶
、
透明质胶
、
壳聚糖
、
透明质酸中的一种或多种；所述氧化还原电对为
K3Fe(CN)6/K4Fe(CN)6。3.
根据权利要求1所述的离子热电凝胶电池材料，其特征在于，所述水溶性金属盐为碱金属盐或碱土金属盐；和
/
或，所述水溶性金属盐为碱金属卤化物
、
碱土金属卤化物
、
碱金属硝酸盐
、
碱土金属硝酸盐
、
碱金属硫酸盐
、
碱土金属硫酸盐
、
碱金属碳酸盐
、
碱土金属碳酸盐中的一种或多种；其中，所述碱金属卤化物为
NaCl、NaBr、KCl、KBr
中的一种或多种；所述碱土金属卤化物为
CaCl2、BaCl2、MgCl2中的一种或多种；所述碱金属硝酸盐为
LiNO3、NaNO3、KNO3中的一种或多种；所述碱土金属硝酸盐为
Ba(NO3)2、Mg(NO3)2中的一种或多种；所述碱金属硫酸盐为
Li2SO4、Na2SO4、K2SO4中的一种或多种；所述碱土金属硫酸盐为
MgSO4；所述碱金属碳酸盐为
Na2CO3和
/
或
K2CO3。4.
根据权利要求3所述的离子热电凝胶电池材料，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩成功，杨丽娟，朱永滨，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：