[发明专利]一种高塞贝克系数水系热化学电池及器件

说明书

本发明属于新能源技术领域，更具体地，涉及一种高塞贝克(Seebeck)系数水系热化学电池及器件。该水系热化学电池的水系电解质，包括氧化还原对水溶液以及有机小分子添加剂，所述有机小分子添加剂分散于所述氧化还原对水溶液中；所述有机小分子添加剂为胍盐衍生物和/或氨基衍生物，通过向氧化还原对水溶液中添加一种或多种上述有机小分子得到高Seebeck系数电解质。改变有机小分子的种类和浓度对水系热化学电池Seebeck系数及输出性能进行调控。

技术领域

本发明属于新能源技术领域，更具体地，涉及一种高塞贝克(Seebeck)系数水系热化学电池及器件。

背景技术

随着化石燃料不断减少以及环境污染和气候变暖的多重压力下，寻找和开发新型可再生清洁能源已经成为能源领域的焦点问题。低品位热能(100＜℃)是一类储量巨大(约1000兆瓦时/年)的可再生能源供应，其广泛存在于人类环境和工农业生产过程中，包括工厂废热、地热、太阳光热、人体热等。然而，由于昂贵的回收成本和较低的能量转化效率，低品位热能最终只能被废弃。因此，开发低成本、高效低品质热能回收技术和相关材料研究对缓解全球能源与环境矛盾具有重要意义。

基于Seebeck效应，热电装置可将热能直接转换为电能。相比于价格昂贵的固体半导体热电材料(如Bi₂Te₃)，水系热化学电池是一种低成本，柔性、易规模化的热电转化系统。然而目前最优化的水系热化学电池性能还不令人满意，主要体现在Seebeck系数较低(＜1.5mV K^-1),很难在有限温差条件下产生较大的开路电压和短路电流，即热电转化效率较低。因此，开发高Seebeck系数水系热化学电池是实现低品位热能高效回收利用的有效途径，具有重大科学价值和实际应用意义。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种高Seebeck系数热化学电池及器件，其通过在热化学电解质中添加胍盐衍生物和/或易溶于水的氨基衍生物，以增大电解质中氧化还原对的氧化还原反应熵，从而提高该水系电解质的塞贝克系数，由此解决现有技术的水系热化学电池塞贝克系数低的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种热化学电池的水系电解质，包括氧化还原对水溶液以及有机小分子添加剂，所述有机小分子添加剂分散于所述氧化还原对水溶液中；其中，

所述氧化还原对水溶液包括氧化态组分和还原态组分；

所述有机小分子添加剂为胍盐衍生物和/或氨基衍生物，所述有机小分子添加剂通过增大所述氧化还原对的氧化还原反应熵提高该水系电解质的塞贝克系数。

优选地，所述氧化还原对水溶液中氧化态组分和还原态组分为等摩尔浓度，所述氧化态组分或还原态组分的浓度为0.1～2mol L^-1。

优选地，所述氧化还原对为K₃Fe(CN)₆/K₄Fe(CN)₆、KI/KI₃或FeCl₃/FeCl₂。

优选地，所述有机小分子添加剂为盐酸胍、甜菜碱、氨基胍盐酸盐、二甲双胍、尿素、甲酰胺、丙酰胺、丙烯酰胺和硫脲中的一种或多种。

优选地，所述水系电解质中所述有机小分子添加剂的浓度为1～30mol L^-1。

按照本发明的另一个方面，提供了一种水系热化学电池，包括所述的水系电解质。

按照本发明的另一个方面，提供了一种大面积热化学电池器件，包括若干个串联集成的单电池，每个单电池内包含0.1～10mL所述的水系电解质。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：