[发明专利]柔性热电发电机及其制备方法和应用系统

说明书

本发明提供了一种柔性热电发电机及其制备方法和应用系统，其中柔性热电发电机包括：柔性基底、多个热端电极、多个热电晶粒组和多个冷端电极，相比于传统的硬质型热电发电机，该种柔性热电发电机具有质量密度轻、柔性可弯曲、可按需扩展面积、能良好贴合曲面热源进而发电的特点，有效解决了当前硬质型热电发电机不适用于曲面热源发电等问题。本发明实施例中的热电晶粒的材料为半导体材料，热电转换效率较高，可以提供较高的电能密度，在新能源、智能穿戴等领域具有较好的应用，拓宽了新能源开发利用的领域。

技术领域

本发明涉及热电材料及热电应用技术领域，更具体地，涉及柔性热电发电机及其制备方法和应用系统。

背景技术

基于Seebeck效应的热电发电机由于其具有无振动、无噪音、无泄漏、体积小、重量轻、安全可靠、寿命长、对环境不产生任何污染等突出优点，已经受到各界的广泛关注和研究。

目前，热电发电机在常温区的能量转换效率低。其中，硬质热电发电机由于其具有不可弯曲特性，很难实现曲型表面的大规模集热如人体表面集热，故目前的技术主要集中在优化热电晶粒尺寸、分布密度及散热结构以提高单位面积上的输出功率，但增幅有限。一种提高输出功率的方法是增大受热面积，需要开发工艺上易于进行面积扩展且在曲面受热场合具有良好贴合能力的柔性热电发电机。但目前的柔性热电发电机能量转换效率尚未达到与硬质热电发电机相当的水平。

因此，现急需提供一种柔性热电发电机及其制备方法和应用系统，以解决现有技术中存在的技术问题。

发明内容

为克服上述问题或者至少部分地解决上述问题，本发明实施例提供了一种柔性热电发电机及其制备方法和应用系统。

第一方面，本发明提供了一种柔性热电发电机，包括：柔性基底、多个热端电极、多个热电晶粒组和多个冷端电极；

多个所述热电晶粒组具体包括：若干个中部热电晶粒组和两个端部热电晶粒组，每个所述中部热电晶粒组包括P型热电晶粒和N型热电晶粒；每个所述端部热电晶粒组只包含P型热电晶粒或N型热电晶粒中的一种；

多个所述热端电极按阵列式排列设置在所述柔性基底的上表面，每个所述热端电极的上表面均设置有一个所述热电晶粒组；每个所述冷端电极将一个所述热电晶粒组中的一种类型热电晶粒与相邻的所述热电晶粒组中的另一种类型热电晶粒首尾相连，形成串联连接的柔性热电发电机。

优选地，还包括：微散热结构；

所述微散热结构设置在多个所述冷端电极的上表面。

所述微散热结构具体为微观表面具有褶皱或定向生长的微米纳米结构，或柔性散热膜，或填充有导热液体的薄膜密封腔。

优选地，所述柔性基底的材料为聚合物材料或附有绝缘层的石墨烯，每个所述热端电极和每个所述冷端电极的材料均为金属材料或石墨烯；每个所述热电晶粒组中热电晶粒的材料均为半导体材料。

第二方面，本发明实施例中还提供了一种柔性热电发电机组，包括多个如第一方面提供的柔性热电发电机；

多个所述柔性热电发电机以串联、并联或串并联组合的方式进行连接。

第三方面，本发明实施例中还提供了一种如第一方面提供的柔性热电发电机的制备方法，包括：

在柔性基底的上表面制备出多个热端电极，多个所述热端电极按阵列式排列；

在每个所述热端电极的上表面制备出一个热电晶粒组；

在每个所述热电晶粒组中一种类型热电晶粒的上表面与相邻的所述热电晶粒组中另一种类型热电晶粒的上表面共同制备出一个冷端电极。

优选地，所述在柔性基底的上表面制备出多个热端电极，具体包括：