一种开放式海洋热电转换装置

本发明属于河流和海洋中的废热能回收和转换的，特别涉及一种开放式海洋热电转换装置。

背景技术：

1、海洋热能主要来自于太阳能。世界大洋的面积浩瀚无边，热带洋面也相当宽广。海洋热能用过后即可得到补充，很值得开发利用。据计算，从南纬20度到北纬20度的区间海洋洋面，只要把其中一半用来发电，海水水温仅平均下降l℃，就能获得600亿千瓦的电能，相当于目前全世界所产生的全部电能。传统的海水温差发电技术，一般是以海洋受太阳能加热的表层海水（25℃～28℃）作高温热源，而以500米～l000米深处的海水（4℃～7℃）作低温热源，用热机组成的热力循环系统进行发电的技术，从高温热源到低温热源，可能获得总温差15℃～20℃左右的有效能量。

2、然而这对放入低温热源处的热机装置的强度要求很高，极大地增加了热机制造成本。此外，在低品位热能回收方面，有人研究用半导体温差发电片进行热电转换，但也要求在较短的热端和冷端之间形成温度梯度，对海洋热能的转换非常有限，同时由于热缩短效应的存在，该发电片在进行热电转换的同时也浪费了很多热能。

技术实现思路

1、针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种开放式海洋热电转换装置，装置内各部分均为固体材料，不封装任何液体，直接以海洋中的盐溶液为电解质溶液，通过海洋自身温度场的变化所产生的热量形成感应电势，从而将海洋热能转换成电能，以便后续的存储和利用。

2、本发明解决其技术问题所采用的方案是：一种开放式海洋热电转换装置，包括电芯和封装外壳，所述电芯包括纳米多孔工作电极、纳米多孔参考电极、隔膜和集流体，所述纳米多孔工作电极和纳米多孔参考电极以碳布为载体，碳布表面生长有均匀分布的碳纳米管，其中纳米多孔工作电极表面还电镀生长有均匀分布的纳米镍颗粒。

3、所述纳米多孔工作电极、纳米多孔参考电极、隔膜和集流体按照顺序分层叠放构成电芯，在纳米多孔工作电极和纳米多孔参考电极之间铺设隔膜，在纳米多孔工作电极和纳米多孔参考电极外侧铺设集流体，集流体上分别设置延伸导线。

4、在电芯外缠绕包裹封装外壳，所述封装外壳采用多孔封装材料，通过多孔封装材料缠绕包裹电芯固定，保持电芯中纳米多孔工作电极、纳米多孔参考电极、隔膜和集流体的排列顺序不变，集流体上连接的导线外端伸出到封装外壳外面。

5、所述开放式海洋热电转换装置中纳米多孔工作电极和纳米多孔参考电极的制作方法是，将碳布先后放入去离子水、乙醇、丙酮中超声清洗15min并在60℃下干燥2h；乙二醇和乙醇以1：1的体积比混合作为溶剂，加入硝酸镍配置成浓度为0.1~0.3m/l的溶液，干燥的碳布放入溶液中浸泡12h后在60℃下干燥1h，浸泡后的碳布放入管式炉中；乙二醇和乙醇以1：5的体积比混合作为碳源放入管式炉进气口附近，在氮气氛围下将管式炉的温度在45min内升高至700℃，管式炉保温1h后自然降至室温，获得表面生长了碳纳米管的碳布，将生长碳纳米管的碳布放入1m/l的hcl溶液中浸泡10h除去多余的镍元素，用去离子水冲洗至ph接近7，干燥后获得纳米多孔参考电极。

6、将表面生长碳纳米管的碳布浸入氯化锡和盐酸配成的混合溶液中2h，其中sncl2∙6h2o与盐酸质量比为1：4，水洗三次后再将碳布浸入氯化钯和盐酸配成的混合溶液中2h，其中pdcl2∙6h2o与盐酸质量比为1：2，取出后再水洗三次，在室温下将上述碳布放入镀液中，镀液按照1l去离子水加入270gniso4、70gnicl2、40gh3bo3、0.1g十二烷基硫酸钠配置，保持电压5-10v的条件下电镀5min，取出水洗三次后在60℃下干燥4-5h，获得纳米多孔工作电极。

7、进一步，所述隔膜采用celgard 2325隔膜，所述集流体为厚度0.02mm的矩形不锈钢箔，所述导线为直径0.3mm的不锈钢导线，导线焊接在集流体的一角，焊接部位和导线剩余部分涂抹绝缘胶。

8、所述封装外壳采用pof热缩膜，在膜的中间部位均匀设置有直径2-5mm的小孔，利用pof热缩膜将集流体、纳米多孔工作电极、隔膜、纳米多孔参考电极、和集流体按顺序包裹成整体，随后用热风机将膜外部加热收紧。

9、本发明的有益效果：本发明在实际应用当中，无需封装任何液体，仅要求在电解质溶液存在的场合使用，对不同深度的溶液适用范围广，可以直接以海洋中的盐溶液为电解质溶液，通过海洋自身温度场的变化所产生的热量形成感应电势，从而将海洋热能转换成电能，以便后续的存储和利用；该装置属于纯固体的整合组装，外部用热缩膜包覆，整体结构非常稳固和安全；该装置中的各部分均为柔性材料，可根据实际应用场合改变形状；总体来讲该热电转换装置便于组装、携带、搬运，具有较强的环境适用性，适用于大部分海洋区域和咸水湖，对于海洋中的低品位热能进行回收和转换。

技术特征：

1.一种开放式海洋热电转换装置，包括电芯和封装外壳，其特征在于，所述电芯包括纳米多孔工作电极（1）、纳米多孔参考电极（2）、隔膜（3）和集流体（4），所述纳米多孔工作电极（1）和纳米多孔参考电极（2）以碳布为载体，碳布表面生长有均匀分布的碳纳米管，其中纳米多孔工作电极（1）表面还电镀生长有均匀分布的纳米镍颗粒；

2.根据权利要求1所述的开放式海洋热电转换装置，其特征在于，制作纳米多孔工作电极（1）和纳米多孔参考电极（2）的方法是，将碳布先后放入去离子水、乙醇、丙酮中超声清洗15min并在60℃下干燥2h；乙二醇和乙醇以1：1的体积比混合作为溶剂，加入硝酸镍配置成浓度为0.1~0.3m/l的溶液，干燥的碳布放入溶液中浸泡12h后在60℃下干燥1h，浸泡后的碳布放入管式炉中；乙二醇和乙醇以1：5的体积比混合作为碳源放入管式炉进气口附近，在氮气氛围下将管式炉的温度在45min内升高至700℃，管式炉保温1h后自然降至室温，获得表面生长了碳纳米管的碳布，将生长碳纳米管的碳布放入1m/l的hcl溶液中浸泡10h除去多余的镍元素，用去离子水冲洗至ph接近7，干燥后获得纳米多孔参考电极（2）；

3.根据权利要求1所述的开放式海洋热电转换装置，其特征在于，所述隔膜（3）采用celgard 2325隔膜。

4.根据权利要求1所述的开放式海洋热电转换装置，其特征在于，所述集流体（4）为厚度0.02mm的矩形不锈钢箔。

5.根据权利要求1所述的开放式海洋热电转换装置，其特征在于，所述导线（6）为直径0.3mm的不锈钢导线，导线焊接在集流体（4）的一角，焊接部位和导线剩余部分涂抹绝缘胶。

6.根据权利要求1所述的开放式海洋热电转换装置，其特征在于，所述封装外壳（5）采用pof热缩膜，在膜的中间部位均匀设置有直径2-5mm的小孔。

技术总结
本发明提供一种开放式海洋热电转换装置，包括电芯和封装外壳，所述电芯包括纳米多孔工作电极、纳米多孔参考电极、隔膜和集流体，所述纳米多孔工作电极、纳米多孔参考电极、隔膜和集流体按照顺序分层叠放构成电芯，在纳米多孔工作电极和纳米多孔参考电极之间铺设隔膜，在纳米多孔工作电极和纳米多孔参考电极外侧铺设集流体，集流体上分别设置延伸导线,在电芯外缠绕包裹封装外壳，导线外端伸出到封装外壳外面。本发明各部分均为固体材料，不封装任何液体，可以直接以海洋中的盐溶液为电解质溶液，通过海洋自身温度场的变化所产生的热量形成感应电势，从而将海洋热能转换成电能，以便后续的存储和利用。

技术研发人员：杨哲,孙硕程,李晓露,符帅,黄强,何朋立,朱慧杰,高富强,李晶,李雅晨
受保护的技术使用者：洛阳理工学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15