[發(fā)明專利]一種利用廢熱發(fā)電的氫離子熱電池

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711435570.3
• 申請(qǐng)日: 2017-12-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108232257B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-09-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 柳永寧;劉艷;陳元振;明俊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): H01M8/1007
• 分類號(hào): H01M8/1007;H01M8/1004;H01M4/88;H01M8/0263;H01M8/0273
• 代理公司: 西安智大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 王晶

一種利用廢熱發(fā)電的氫離子熱電池，包括陰極流場(chǎng)板和陽(yáng)極流場(chǎng)板，以及陰極流場(chǎng)板和陽(yáng)極流場(chǎng)板之間密封的三合一電極，三合一電極從上到下依次由復(fù)合有陽(yáng)極催化劑的陽(yáng)極電極、磷酸飽和后的聚苯并咪唑膜、復(fù)合有陰極催化劑的陰極電極熱壓而成，本電池的發(fā)電機(jī)制為：氫氣經(jīng)陽(yáng)極流場(chǎng)板進(jìn)入陽(yáng)極催化層被氧化為氫離子，釋放出的電子通過(guò)外電路到達(dá)陰極電極；氫離子通過(guò)磷酸飽和后的PBI膜遷移到陰極催化層并與外電路流入的電子結(jié)合，又被還原為氫氣，電子在外電路移動(dòng)的過(guò)程中收獲了電流，大量的廢棄余熱或太陽(yáng)能將可被收集發(fā)電，電池的電化學(xué)性能優(yōu)良，熱電轉(zhuǎn)化效率高于同等溫度條件下的熱電材料，且裝置簡(jiǎn)單可推廣性強(qiáng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及余熱發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種利用廢熱發(fā)電的氫離子熱電池。

背景技術(shù)

隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，能源需求一直在持續(xù)增長(zhǎng)，但是在工廠及電廠等能量產(chǎn)生的過(guò)程中，約一半以上的能量卻以熱能的形式被浪費(fèi)。如何利用這些浪費(fèi)的熱能進(jìn)行發(fā)電受到人們廣泛的關(guān)注。

作為廢熱回收發(fā)電的一種形式，有機(jī)朗肯循環(huán)被認(rèn)為是一種非常有發(fā)展前景的技術(shù)，它是以低沸點(diǎn)有機(jī)物為工質(zhì)，部件主要包括余熱鍋爐(或換熱器)、透平、冷凝器和工質(zhì)泵四大部件。有機(jī)工質(zhì)在換熱器中從余熱流中吸收熱量，生成具有一定壓力和溫度的蒸汽，蒸汽進(jìn)入透平機(jī)械膨脹做功，從而帶動(dòng)發(fā)電機(jī)。從透平排出的蒸汽在凝汽器中向冷卻水放熱，凝結(jié)成液態(tài)，最后借助工質(zhì)泵重新回到換熱器，如此不斷地循環(huán)下去。但因其基礎(chǔ)設(shè)施的價(jià)格比較昂貴，目前仍在研究當(dāng)中。廢熱發(fā)電的另外一種轉(zhuǎn)換形式為熱電材料，雖已被廣泛研究，但由于其轉(zhuǎn)化效率較低(5-10％)，且需要用昂貴的半導(dǎo)體材料，因此尚未實(shí)際應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

為使得廢熱被回收利用，本發(fā)明的目的在于提供一種利用廢熱發(fā)電的氫離子熱電池，可以將熱能直接轉(zhuǎn)化為電能，大量的廢棄余熱可以被收集發(fā)電。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種利用廢熱發(fā)電的氫離子熱電池，包括氫離子熱電池本體，氫離子熱電池本體包括開(kāi)設(shè)有陰極進(jìn)氣口1、陰極出氣口3的陰極流場(chǎng)板7和開(kāi)設(shè)有陽(yáng)極進(jìn)氣口2、陽(yáng)極出氣口4的陽(yáng)極流場(chǎng)板6，所述的陰極流場(chǎng)板7和陽(yáng)極流場(chǎng)板6之間密封有三合一電極8；將三合一電極密封裝配在陰極流場(chǎng)板7和陽(yáng)極流場(chǎng)板6之間后，用加熱加壓模具5壓緊陰極流場(chǎng)板7和陽(yáng)極流場(chǎng)板6；

所述的三合一電極8從上到下依次由復(fù)合有陽(yáng)極催化劑的陽(yáng)極電極9、磷酸飽和后的PBI膜10、復(fù)合有陰極催化劑的陰極電極11熱壓而成；

所述的氫離子熱電池本體外部包裹保溫棉；

氫離子熱電池在熱的驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生電流：氫氣經(jīng)陽(yáng)極流場(chǎng)板6進(jìn)入陽(yáng)極催化層被氧化為氫離子，釋放出的電子通過(guò)外電路到達(dá)復(fù)合有陰極催化劑的陰極電極11；氫離子通過(guò)磷酸飽和后的PBI膜10遷移到陰極催化層并與外電路流入的電子結(jié)合，又被還原為氫氣，電子在外電路移動(dòng)的過(guò)程中收獲了電流。

所述陰極流場(chǎng)板7和陽(yáng)極流場(chǎng)板6之間設(shè)置有兩層帶有開(kāi)孔的密封墊12,熱壓后的三合一電極8嵌入中間帶有開(kāi)孔的密封墊12中。

所述的陽(yáng)極出氣口4上帶有閥門。

所述的密封墊12為聚四氟乙烯密封墊。

所述的陰極流場(chǎng)板7和陽(yáng)極流場(chǎng)板6為一側(cè)刻有蛇形氣體流場(chǎng)的不銹鋼板。

所述的陰極進(jìn)氣口1提供氮?dú)饣蛘邭鍤獾葰怏w，陽(yáng)極進(jìn)氣口2提供氫氣。

所述的陽(yáng)極電極9所用催化劑為碳載鉑(鉑質(zhì)量含量為40％，簡(jiǎn)寫(xiě)為：Pt(40％)/C)，陰極電極11所用催化劑為Pt(40％)/C或二氧化釕(RuO₂)。

一種利用廢熱發(fā)電的氫離子熱電池電極的制備：包括以下步驟；

Pt(40％)/C作為陰極和陽(yáng)極催化劑時(shí)電極的制備：