【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及热电能源转换，具体涉及一种自热型热电离子凝胶及其制备方法和应用。
技术介绍
1、低品位热能分布广泛，如太阳能光热、工业废热、地热、人体散热等都是低品位热能，目前这些热能利用率较低，因此通过合适的途径将这些低品位热能进行收集利用对提高能源利用率和人类可持续发展具有重要的意义。热电材料是一类能将热能直接转换成电能的材料。这类材料可通过利用低品位热能，在材料两端形成温度梯度，进而促使材料内部的载流子发生定向移动，形成电压，进而实现热能到电能的转换。通过热电材料实现低品位热能到电能的转变，是一种高效且经济的能源利用方式。
2、近年来，水凝胶材料被广泛应用于制备柔性热能发电器件，如公开号为cn114350094a的中国专利文献公开了一种温敏热电水凝胶及其制备方法和应用，该温敏热电水凝胶包括由温敏相变组分交联形成的第一网络结构、由聚丙烯酰胺组成的第二网络结构，第一网络结构和第二网络结构相互交织，且第一网络结构和第二网络结构中分散有盐离子，该专利技术中，基于温敏热电水凝胶制成的热电转换器件表现出高开路电压、高输出功率和持续输出电功的能力。然而热电水凝胶普遍存在着空气中易失去水分，热稳定性较差，需要依赖固定热源进行工作等问题，使以其为基础的柔性热能发电器件面临着空气中无法长时间使用，使用温度范围有限，无法自由移动等问题。
3、离子凝胶由于其具有较好抗失水性，较好的热稳定性，为扩宽热电凝胶的使用场景，提高器件的使用周期提供了思路。公开号为cn113178515a的中国专利文献公开了一种基于离子液体的水凝胶热电
4、但将上述离子凝胶应用于热能发电器件时，仍可能存在由于其需要固定的热源导致应用场景受限的问题。因此，如何通过结构设计实现凝胶自发产生热梯度，摆脱对外部热源的依赖是亟需解决的技术问题。
技术实现思路
1、为了克服现有技术中的柔性热电材料在应用过程中对外界热源的依赖性，解决其自由移动使用受限的问题，本专利技术提供了一种自热型热电离子凝胶的制备方法，工艺简单高效，制得的热电离子凝胶在太阳光下可自发产生温度梯度，利用该热电离子凝胶制得的柔性热能发电器件可在太阳光下稳定发电，突破应用环境的限制。
2、具体采用的技术方案如下：
3、一种自热型热电离子凝胶的制备方法，包括以下步骤：
4、(1)将碳基光热材料、丙烯基单体、离子液体、交联剂、热引发剂混合均匀得到第一预聚液，热聚合得到光热凝胶；
5、(2)将丙烯基单体、离子液体、交联剂、光引发剂混合均匀得到第二预聚液，将第二预聚液转移到步骤(1)制得的光热凝胶上，进一步光聚合后得到所述的自热型热电离子凝胶；
6、所述的离子液体为1-乙基-3-甲基-咪唑二腈胺盐、1-丙基-3-甲基-咪唑二腈胺盐、1-丁基-3-甲基-咪唑二腈胺盐、1-丁基-2,3-二甲基咪唑二腈胺盐、1,3-二甲基咪唑二腈胺盐、n-乙基吡啶二腈胺盐、n-丁基吡啶二腈胺盐中的至少一种；
7、所述的第一预聚液和第二预聚液中，丙烯基单体与离子液体的质量比为10-30:70-90；所述的第一预聚液中，以丙烯基单体与离子液体的质量总和为100％计，碳基光热材料的含量为0.3％-4％。
8、本专利技术方法通过结构设计，将碳基光热材料引入聚合物离子凝胶中，通过分步聚合的方式构筑自热型热电离子凝胶，采用碳基材料作为光热材料，光热材料可以将材料一侧接收到的太阳光转换为热能，热能在凝胶内部传递，能够使离子凝胶在太阳光的作用下自发产生温度梯度，不再依赖于外界热源；在此基础上，离子液体中的阴阳离子作为热扩散子，因阴阳离子在温差梯度下迁移速率的不同，导致离子凝胶冷热两端的阴阳离子浓度不同，进而在冷热两端形成电压差，制备得到适用于太阳能柔性发电器件的自热型热电离子凝胶，克服了现有技术中热电离子凝胶在使用过程中对外界热源的依赖性。
9、所述的碳基光热材料包括但不限于导电炭黑、碳纳米管、羧基化碳纳米管、氧化石墨烯等。
10、优选的，步骤(1)和(2)中，所述的丙烯基单体为n,n-二甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺、二甲基氨丙基甲基丙烯酰胺中的至少一种。
11、优选的，步骤(1)和(2)中，所述的交联剂为n,n-亚甲基双丙烯酰胺。
12、优选的，步骤(1)中，热引发剂选用偶氮二异丁腈或过氧化二苯甲酰；步骤(2)中，光引发剂选用2,2-二乙氧基苯乙酮或2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮。
13、步骤(1)中，热聚合条件为：温度不低于70℃，聚合时间不低于30分钟。热聚合温度过低，聚合时间过短会导致热引发剂不能完全发挥作用，不能成胶。
14、优选的，步骤(1)中，热聚合温度为70-90℃，热聚合时间为30-50分钟。
15、步骤(2)中，光聚合条件为：紫外光强度不低于20w，聚合时间不低于2分钟。光聚合时间过短将导致光引发剂不能完全发挥作用，不能成胶。
16、优选的，步骤(2)中，光聚合条件为：紫外光强度为20-30w，光聚合时间为2-5分钟。
17、所述的第一预聚液和第二预聚液中还包括热电增强剂，所述的热电增强剂为二腈胺钠；所述的第一预聚液和第二预聚液中，以丙烯基单体与离子液体的质量总和为100％计，热电增强剂的含量为0-1.8％。
18、优选的，所述的第一预聚液中，以丙烯基单体的质量为100％计，交联剂的含量为0.5％～2％，热引发剂的含量为0.5％～10％；所述的第二预聚液中，以丙烯基单体的质量为100％计，交联剂的含量为0.5％～2％，光引发剂的含量为0.5％～10％。在上述参数下，制备得到的热电离子凝胶具有优异的光热转换效果。
19、本专利技术还提供了所述的自热型热电离子凝胶的制备方法制得的自热型热电离子凝胶。
20、所述的自热型热电离子凝胶的塞贝克系数不低于0.85mv/k，电导率不低于12.9ms/cm，热导率不高于0.2329w/m/k，光热转换后温度不低于40℃。
21、本专利技术还提供了一种热能发电器件，所述的热能发电器件包括所述的自热型热电离子凝胶；具体的，所述的热能发电器件中包括第一电极层、第二电极层以及位于所述的第一电极层与第二电极层之间的自热型热电离子凝胶。
22、优选的，第一电极层和第二电极层的材料选自铜、铝、镀有氧化铟锡层的聚对苯二甲酸乙二醇本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种自热型热电离子凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的自热型热电离子凝胶的制备方法，其特征在于，所述的碳基光热材料包括导电炭黑、碳纳米管、羧基化碳纳米管或氧化石墨烯。
3.根据权利要求1所述的自热型热电离子凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(1)和(2)中，所述的丙烯基单体为N,N-二甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺、二甲基氨丙基甲基丙烯酰胺中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的自热型热电离子凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(1)和(2)中，所述的交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺；步骤(1)中，热引发剂选用偶氮二异丁腈或过氧化二苯甲酰；步骤(2)中，光引发剂选用2,2-二乙氧基苯乙酮或2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮。
5.根据权利要求1所述的自热型热电离子凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，热聚合条件为：温度不低于70℃，聚合时间不低于30分钟；步骤(2)中，光聚合条件为：紫外光强度不低于20W，聚合时间不低于2分钟。
6.根据权利要求1所述的自热型热电离子凝胶的制备方法，其特征在于，所
7.根据权利要求1所述的自热型热电离子凝胶的制备方法，其特征在于，所述的第一预聚液中，以丙烯基单体的质量为100％计，交联剂的含量为0.5％～2％，热引发剂的含量为0.5％～10％；所述的第二预聚液中，以丙烯基单体的质量为100％计，交联剂的含量为0.5％～2％，光引发剂的含量为0.5％～10％。
8.根据权利要求1-7任一所述的自热型热电离子凝胶的制备方法制得的自热型热电离子凝胶。
9.根据权利要求8所述的自热型热电离子凝胶，其特征在于，所述的自热型热电离子凝胶的塞贝克系数不低于0.85mV/K，电导率不低于12.9mS/cm，热导率不高于0.2329W/m/K，光热转换后温度不低于40℃。
10.一种热能发电器件，其特征在于，所述的热能发电器件包括权利要求8或9所述的自热型热电离子凝胶。
...【技术特征摘要】
1.一种自热型热电离子凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的自热型热电离子凝胶的制备方法，其特征在于，所述的碳基光热材料包括导电炭黑、碳纳米管、羧基化碳纳米管或氧化石墨烯。
3.根据权利要求1所述的自热型热电离子凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(1)和(2)中，所述的丙烯基单体为n,n-二甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺、二甲基氨丙基甲基丙烯酰胺中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的自热型热电离子凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(1)和(2)中，所述的交联剂为n,n-亚甲基双丙烯酰胺；步骤(1)中，热引发剂选用偶氮二异丁腈或过氧化二苯甲酰；步骤(2)中，光引发剂选用2,2-二乙氧基苯乙酮或2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮。
5.根据权利要求1所述的自热型热电离子凝胶的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，热聚合条件为：温度不低于70℃，聚合时间不低于30分钟；步骤(2)中，光聚合条件为：紫外光强度不低于20w，聚合时间不低于2分钟。
6.根据权利要求1所述的自热型热电离子...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙迦勒，魏俊杰，陈涛，谷金翠，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：
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