[发明专利]便携式氢微燃烧热电辐射增强热电子供电的装置与方法

说明书

本发明公开了一种便携式氢微燃烧热电辐射增强热电子供电的方法与装置。高压储氢罐中的氢气和微型吸气泵抽入的空气在管道中预混，通入微燃烧室中燃烧。氢火焰通过微燃烧室壁面加热阴极，阴极内的自由电子被热化并以热电子发射的方式进入N型半导体，在N型半导体中被二次热化后，以热电辐射的方式克服N‑P结界面势垒进入P型半导体，流经导线和负载重新回到阴极，实现发电。本发明采用氢气微燃烧供能，更加低碳环保，循环供电快捷。以热电辐射增强的热电子发电方式进行热电转换，热能利用率高，氢化学能至电能的转换效率高，整体具有高比能量密度和高比功率特征。

技术领域

本发明涉及氢微燃烧电源领域，具体涉及一种氢微燃烧热电辐射增强热电子供电的装置与方法。

背景技术

现在越来越多的人青睐于户外运动，喜欢到户外体验大自然，但户外用电不方便，常常出门时需要携带移动电源。市面上常用的主要是锂电池，但它充放电速率较低，比能量密度较小，且废弃锂电池的处置也会对环境造成较大污染。氢能作为最清洁且能量密度最高的燃料，是一种理想的化学储能介质。零碳的氢来源主要是将太阳能发电和风电通过电解等方式转换成氢能储存起来，以供用电时使用。氢燃料电池是一种有效的氢直接发电的便捷式电源，但在极寒等极端环境下发电性能会恶化。另一方面，可通过微燃烧的方式将氢能转换成热能，再通过热电转换提供电力，传统的热电转换方法包括半导体热电、热光伏和热电子发电等。热电子发电以电子作为载能工质，通过阴极热电子发射至阳极的方式将阴极热量转换电能输出，具有约30％的转换效率，但其阳极工作温度较高(常处于500-800℃)，导致阳极反向发射电子较多，抑制了热电的有效转换，不适合应用于便携式热电子供电源领域。

发明内容

针对现有技术的阳极工作温度较高(常处于500-800℃)，抑制了热电的有效转换，导致其不合适在便携式热电子供电电源领域应用的问题，本发明提供了：

一种便携式氢微燃烧热电辐射增强热电子供电的装置，包括燃料罐(1)，机箱外壳(5)，阴极(6)，隔绝层(7)，N型半导体(8)，P型半导体(9)，微燃烧室(11)，

所述燃料罐(1)与微燃烧室(11)通过管道相连，使燃料可以进入微燃烧室燃烧，

N型半导体(8)与P型半导体(9)相连接形成P-N结，

阴极(6)紧贴微燃烧室(11)外壁，

阴极(6)与N型半导体之间设有隔绝层(7)，

阴极(6)和P型半导体(9)可作为电源的两极外接负载。

作为优选，所述燃料罐为高压储氢罐(1)，使相同的体积和重量条件下，能存放更多燃料，以提高便携性和防止碳排放。

作为优选，所述N型半导体(8)为掺有Ⅴ族元素的InSb薄膜，P型半导体(9)采用掺有Ⅲ族元素的InSb基底,其掺杂浓度范围1×10¹⁷～1×10¹⁹cm^-3。

作为优选，所述的微燃烧室(11)由耐高温绝缘材料Al₂O₃或SiC制成。

作为优选，所述的微燃烧室(11)为平板结构，微燃烧室(11)内部设有蛇形管道，以便增大接触面，充分利用氢燃烧热能。

作为优选，所述的微燃烧室(11)上、下表面均有热电辐射增强热电子发电器件，通过串连组合，增大输出电压。

作为优选，所述的阴极(6)为耐高温金属，表面蒸镀低功函数材料LaB₆，降低热电子发射势垒。

作为优选，所述的隔绝层(7)为耐高温的绝缘体。如可选用Al₂O₃、SiO₂等。