[发明专利]一种高性能低成本的水凝胶热电材料

说明书

一种高性能低成本的水凝胶热电材料。本发明涉及一种离子型水凝胶热电材料及其制备方法。本发明的离子型水凝胶热电材料具有如下优势：本发明公开的方法原料来源广泛、成本低廉；制备工艺简单、速度快；获得的水凝胶热电材料其热电性能优异，离子塞贝克系数高达52.9mV/K，热电优值高达5.09。本发明解决了目前离子热电材料制备复杂、成本高昂的问题，且其超高的热电性能能够实现回收接近室温的低品位热能，具有极大的商业价值。

技术领域

本发明涉及一种离子型水凝胶热电材料及其制备方法。

背景技术

基于热电材料的温差发电器能够在一定温差下直接将热能转化为电能，实现从难以利用的低品位热能到清洁高效的电能的转变。并且该器件无运动部件，因此温差发电器的利用过程中没有震动和噪音，具有运行稳固可靠的优点，在为减少温室气体排放和环境优化的过程中可以起到很好的效果。

热电材料已成功应用于废热回收、航空航天和热电制冷等领域，受到世界范围内的广泛关注。低品位热能(＜130℃)的含量丰富，占据世界总能量的百分之六十以上，而有机热电材料的最佳工作温度恰好在这一温度范围，非常适合低品位余热的回收利用。因此，寻求一种高热电优值的热电材料具有极大商业价值。

根据载流子的类型，可将热电材料分为电子型热电材料(电子或空穴作为载流子)和离子型热电材料(离子作为载流子)。相比于电子型热电材料，离子型热电材料具有更高的塞贝克系数，而目前已有的离子型热电材料大多数由离子液体制成，其成本比较昂贵，难以大规模应用。

综上所述，开发一种能够回收低品位热能、成本低廉、热电性能优异且制备方法简单的热电材料具有重大意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种高性能低成本的水凝胶热电材料。

其方案一是采用以下方法制成:

1〕将溶剂与无机化合物混合，制得离子介质溶液；离子介质浓度为0.03～6mol/L。配置时，需要在室温下搅拌1～60分钟。

2〕将所述离子介质溶液与聚乙烯醇混合；

3〕将所述混合物在加热条件下搅拌，制成水凝胶热电材料。加热搅拌的温度为95～135℃，加热搅拌的转速设置为500～2000转每分，加热搅拌的时间为20～60分钟，直至聚乙烯醇完全溶于水中形成粘性透明溶液为止

其方案二是采用以下方法制成:

S1〕将聚乙烯醇、溶剂和无机盐混合，得到混合物；聚乙烯醇与溶剂的质量比例为1:3～1:10；溶剂和无机化合物的配比为：仅将无机化合物与溶剂混合，所得的混合物中，无机化合物的阳离子的物质的量为0.03～6mol；

S2〕将所述混合物在加热条件下搅拌，制成水凝胶热电材料。加热搅拌的温度为95～135℃，搅拌的转速为500～2000转每分钟，直至聚乙烯醇完全溶解，并形成粘性透明溶液为止。

进一步，所述无机化合物为碱金属卤化物。

进一步，所述碱金属卤化物选自碘化铯、碘化钾、碘化钠、溴化钾、溴化钠、氯化钾。

进一步，所述无机化合物为可溶性碱或酸式盐。

进一步，所述可溶性碱选自氢氧化钠、氢氧化钾。

进一步，所述酸式盐为钾、钾或钠的硝酸盐、磷酸盐或硫酸盐。

进一步，所述酸式盐选自硝酸钾、磷酸钾、硫酸钠。

进一步，所述聚乙烯醇的聚合度为500～5000。

进一步，所述溶剂为去离子水、二甲基亚砜中的一种或两种混合。