[發明專利]熱利用發電電池及使用該熱利用發電電池的熱利用發電法

在審

• 申請號: 201980052357.5
• 申請日: 2019-08-06
• 公開（公告）號: CN112689907A
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 松下祥子;荒木拓真;梅猋;西山淳也
• 申請（專利權）人: 國立大學法人東京工業大學;三櫻工業株式會社
• 主分類號: H01L37/00
• 分類號: H01L37/00;H02N11/00
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 張晶;謝順星

本發明的目的在于提供一種穩定的熱利用發電電池。該技術問題可通過本發明的熱利用發電電池而解決，該熱利用發電電池包含含有n型硅和鍺的工作電極、對電極、及含有分子量為200～1,000,000的具有特定的重復單元的聚合物或其衍生物的固體電解質，所述固體電解質包含銅離子或鐵離子作為離子源。

技術領域

本發明涉及熱利用發電電池及使用該熱利用發電電池的熱利用發電法。根據本發明，能夠高效進行熱利用發電。

背景技術

以往，作為利用地熱或工廠廢熱等的熱利用發電，已知利用塞貝克(Seebeck)效應的熱電發電(專利文獻1及2、以及非專利文獻1)，并期待其被實用化以高效利用熱能。作為基于塞貝克效應的熱電發電，其發電原理利用了當對金屬或半導體設置溫度差時會產生電壓的現象。具體而言，其為通過賦予結合有p型半導體和n型半導體的熱電轉換元件以溫度差，從而將熱能轉換成電能的熱電發電系統。

然而，對于以往的利用溫度差的熱電轉換元件，存在構成熱電轉換元件的半導體的價格高、使用溫度范圍高及轉換效率低等問題。并且存在結合部的物理耐久性弱、無法設置于施加振動等的場所等問題。此外，由于發電時需要溫度差，因此設置場所也有所限制，有時還需要使用冷卻裝置以得到溫度差。特別是，由于熱電轉換模塊中的一維被應用于溫度差，因此對于熱源的利用成為二維利用，無法對周圍所有的熱進行三維利用，存在熱的利用效率低的缺點。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2010-147236號公報

專利文獻2：日本特開2003-219669號公報

專利文獻3：國際公開WO2017/038988號公報

非專利文獻

非專利文獻1：“可再生與可持續能源綜述(Renewable and Sustainable EnergyReviews)”(荷蘭)2014年，第33卷，p.371

非專利文獻2：濱川圭弘編著“フォトニクスシリーズ3太陽電池”2004年，コロナ社

發明內容

本發明要解決的技術問題

本發明的發明人通過組合生成熱激發電子和空穴的熱電轉換材料與電解質，從而開發出一種能夠將熱能轉換為電能的熱利用發電電池(專利文獻3)。本發明的發明人進一步研究發現，通過使用無機固體鍺作為熱電轉換材料，能夠得到優異的熱利用發電電池。然而，認為需要更進一步的電池特性的穩定性、電池壽命的延長。

因此，本發明的目的在于提供一種穩定的熱利用發電電池。

解決技術問題的技術手段

本發明的發明人對穩定的熱利用發電電池進行了深入研究，結果驚人地發現，通過對工作電極使用n型硅和鍺，并對電解質使用分子量為200～1,000,000的具有特定的重復單元的聚合物或其衍生物，可得到穩定的熱利用發電電池。并且還發現通過添加堿金屬離子作為添加材料，可延長電池壽命。

另外，本說明書中的熱利用發電電池是指，在熱利用發電元件中包含正極電極和/或負極電極的電池。

本發明是基于上述見解的發明。

因此，本發明涉及：

一種熱利用發電電池，其包含：含有n型硅和鍺的工作電極、對電極、及含有分子量為200～1,000,000的以下述式(1)所示的聚合物或其衍生物的固體電解質，所述固體電解質包含銅離子或鐵離子作為離子源，

[化學式1]

式中，R¹為單鍵、氧原子、硫原子、-NH-、-PH₃-、-(P＝O)R⁶-、-O-(P＝O)H-O-、碳酸酯基(-O-(C＝O)-O-)、羰基、磺酰基、酯基或亞芳基二氧基(-O-Ar-O-)，