[发明专利]全陶瓷热电发电模块及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种全陶瓷热电发电模块及其制备方法。

背景技术

人类社会的发展伴随着能源消耗的增加，煤、石油、天然气等不可再生能源正在日益减少。同时因化石燃料的大量应用造成环境恶化、能源日益危机。因此开发新型绿色环保能源成为迫切需求。热电材料是一种利用固体内部载流子运动直接实现热能和电能相互转换的功能材料。基于不同能量转换过程，热电材料可以用于热电发电和热电制冷两大领域。利用热电发电装置具有结构紧凑、可靠性高，工作时无噪音、寿命长、无污染等优点，其应用范围可以涉及到民用、军用和航空航天等诸多领域。具有如此优势的热电发电将在未来绿色新能源中占有重要位置。

热电发电模块是热电发电装置中的最基本单元。热电发电模块是由发电组件、电极及导热板构成。目前热电发电组件主要利用性能较好的传统合金材料，如：Bi₂Te₃，PbTe，SiGe等体系。合金热电模块由于转换效率较高、工艺成熟，已经在太空探索等特殊领域得到了应用。但是合金器件的应用依然存在很多问题。如由于含有稀有金属元素等造成器件成本过高不利于商业化进程，在潮湿的环境中易氧化从而导致接触电阻变大、器件性能不稳定，因高温下器件材料中的重金属元素挥发易造成重金属污染和中毒。这些实际应用问题成为合金热电发电模块发展的一大障碍。因此，迫切开发一种新型热电发电模块，既是绿色环保器件又能降低器件成本。陶瓷热电发电模块即为一种新型热电发电装置的基本单元。

发明内容

本发明的目的就是为解决上述问题，提出一种全陶瓷热电发电模块及其制备方法，它首次提出了由全陶瓷组件构成热电发电模块的概念，并成功组装了全陶瓷热电发电模块，实现了器件自身及使用过程的绿色环保和低成本。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种全陶瓷热电发电模块，它包括至少一个全陶瓷导电单元，该单元包括一个作为基体的导电陶瓷，在导电陶瓷的两端分别通过锡焊固连P型陶瓷Bi:CCO和N型陶瓷Y:STO，构成型全陶瓷热电发电模块。

所述全陶瓷导电单元有多个，相邻单元的P型陶瓷Bi:CCO和N型陶瓷Y:STO间通过另一导电陶瓷锡焊固连。

一种全陶瓷热电发电模块的制备方法，它的步骤为：

1)P型Ca_2.7Bi_0.3Co₄O₉(Bi:CCO)陶瓷的制备

利用传统的固相反应方法制备Bi:CCO(Ca_2.7Bi_0.3Co₄O₉)陶瓷，其起始原料采用分析化学试剂：纯度99.8％的Bi₂O₃、99％纯度的Co₂O₃、99％纯度的CaCO₃；三种原料的摩尔比分别为：3∶40∶54；按化学计量比称量配料；

2)N型Y_0.1Sr_0.9TiO₃(Y:STO)的制备

通过传统的固相反应方法制备Y:STO陶瓷样品，其原始原料采用分析化学试剂：纯度99％SrCO₃、99.8％TiO₂和99.9％Y₂O₃，三种原料的摩尔比为：16∶20∶1，按化学计量比称量配料；

3)将P型陶瓷和N型陶瓷制成长方体，将导电陶瓷制成长方形，然后将P型陶瓷和N型陶瓷的最小面积端分别锡焊在导电陶瓷两端即完成型全陶瓷热电发电模块的制备。

所述步骤1)中，以酒精为磨介，球磨10-14h；将干粉末后在900-940℃下保温10-14h预烧合成；将预烧合成料粉碎研磨，再进行10-14h球磨；将浆料烘干后加入粘合剂造粒，在630-670℃下排胶.在空气中940-980℃烧结10-14h，制备出Bi:CCO陶瓷。

所述步骤2)中，以酒精为磨介，球磨10-14h，浆料烘干后在空气中1330-1370℃下保温4-8h预烧合成；将预烧大片进行粉碎研磨，再进行10-14h球磨；将浆料烘干后加入粘合剂造粒，在630-670℃下排胶.在还原气氛下1440-1480℃烧结3-5h，制备出Y:STO热电陶瓷。

所述还原气氛采用体积比为3-7％H₂和97-93％Ar。

所述P型陶瓷和N型陶瓷的最小面积端分别涂有银胶。