[發明專利]基于混合型超級電容器的熱電轉換與儲電的一體化系統及方法

有效

• 申請號: 202011361308.0
• 申請日: 2020-11-27
• 公開（公告）號: CN112735852B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 宣益民;孟婷婷
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H01G11/84
• 分類號: H01G11/84;H01G11/00;H01G11/22;H01G11/24;H01G11/52;H01G11/58
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 徐紅梅

本發明公開了一種基于混合型超級電容器的熱電轉換與儲電的一體化系統及方法，系統包括正電極、負電極、電解液以及隔膜，電解液位于正電極和負電極之間，隔膜平行于正電極和負電極設置于電解液中；給正電極加熱，正電極與負電極溫度不等，在兩端溫差作用下，實現熱電轉換和電量儲存。本發明可在利用太陽熱、工業廢熱等進行熱電轉換的同時將電以表面電荷的形式儲存，同時本發明將氧化還原反應以及離子的嵌入脫出反應與雙電層和贗電容相結合，在溫差的驅動下，離子從熱端遷移到冷端，在電極表面不僅形成雙電層而且發生相應的氧化還原或者離子的嵌入脫出反應，極大地提高了系統的能力密度，提高了熱電轉換的效率。

技術領域

本發明涉及熱電轉換及儲電技術，具體涉及基于混合型超級電容器的熱電轉換與儲電的一體化系統及方法。

背景技術

余熱利用作為一種節約能源、減少內耗、緩解能源短缺、溫室效應、環境惡化等問題有效的途徑和方法得到廣泛關注。余熱利用率提升空間大，節能潛力巨大，工業余熱回收利用又被認為是一種“新能源”，余熱的高效利用成為推進節能減排工作的重要內容。回收廢熱的目的主要是提高能源和燃料效率的相關過程,防止燥熱引起機械部件的故障,因此降低了運營成本,以及提供了一種方法利用額外的豐富的能源,如太陽能熱能源,地熱能源和海洋熱能,以支持不斷消耗化石燃料。

現有的發電技術，無論是利用太陽能進行的光伏發電，還是利用溫差進行發電的其他熱電技術如熱電材料，都是只能將太陽能或者熱量轉換為不穩定的電而不能將電量儲存。在這些發電裝置將電量進行儲存(如利用液流電池進行儲存)的過程中，還存在一定能量的損失。冷、熱、電多種需要儲能的終端能源之間關聯少，互相轉化過程復雜且環節多、損失較大。與直接連接兩個分離單元相比，集成系統可有效地提高整體效率。

因此如何設計一種可以集熱電轉換與儲存一體的高效熱電轉換系統，在低品質熱以及其他環境中有效的進行熱電轉換并進行能量的儲存對于資源的有效利用、實現近零排放能源體系具有重大意義。

發明內容

發明目的：本發明的一個目的是提供一種基于混合型超級電容器的熱電轉換與儲電的一體化系統。

本發明的另一個目的是提供一種基于上述系統的熱電轉換與儲電的方法，可在利用太陽熱、工業廢熱等進行熱電轉換的同時將電以表面電荷的形式儲存。

技術方案：本發明的基于混合型超級電容器的熱電轉換與儲電的一體化系統，包括正電極、負電極、電解液以及隔膜，電解液位于正電極和負電極之間，隔膜平行于正電極和負電極設置于電解液中；通過給正電極加熱，使正電極與負電極溫度不等，在兩端電極溫差作用下，實現熱電轉換和電量儲存。

優選的，熱端電極材料為電池型電極材料，冷端電極材料為電容型電極材料，電容型電極材料包括雙電層電容材料和贗電容材料，氧化還原反應包括離子的嵌入脫出反應與雙電層或者贗電容相結合，在熱電轉換的同時將電量儲存。

優選的，雙電層電容材料為具有高比表面積的碳材料，為多孔碳、碳納米管或石墨烯的一種或多種組合，贗電容材料為過渡金屬氧化物或導電聚合物。

優選的，電池型電極材料為鋰離子或鈉離子電池的所有正極材料。

優選的，電解液為含有或者未含有添加劑的有機系電解液、水系電解液、超高濃度電解液或固態電解質。

優選的，添加劑為納米粒子、氧化還原對或其他能夠提高電解液性能的物質的一種或多種組合。

優選的，隔膜為質子交換膜或所有適用于超級電容器的隔膜材料。

本發明的一種基于混合型超級電容器的熱電轉換與儲電的方法，該方法采用的系統包括正電極、負電極、電解液以及隔膜，電解液位于正電極和負電極之間，隔膜平行于正電極和負電極設置于電解液中；