[发明专利]一种温差发电器件

说明书

本申请公开了一种温差发电器件，属于低品质余热利用领域。一种温差发电器件，包括一个或多个离子P‑N结、催化层、气体扩散层、集流单元；所述离子P‑N结包括一中间层以及分别设于所述中间层两侧的P型氢离子交换膜和N型阴离子交换膜；所述P型氢离子交换膜和所述N型阴离子交换膜均为离子聚合物膜；多个所述离子P‑N结彼此首尾通过所述中间层相连；所述催化层包括第一催化层、第二催化层该器件可高效利用低品位热能，环境友好、无碳排放；相比液态电解质温差电池，不受浓差极化的限制，不会发生电解液污染，封装集成方便，有利于批量生产应用；H2用量小，无危险，且在整个体系内部无净消耗；器件无运动部件，可以免维护。

技术领域

本申请涉及一种温差发电器件，属于低品质余热利用领域。

背景技术

在一次能源转换过程中，约72％的能量主要以废热的方式排放而未经利用，其中约63％为低于100℃的低品质热能。热温差发电技术可直接将低品质热能转化为电能，具有绿色环保、结构简单、安全可靠等优点。热电源于塞贝克效应(Seebeck effect)。离子聚合物作为一种新兴的热电材料，Seebeck值可达10～100mV/K，拥有着比无机半导体(数量级0.01mV/K)和离子液态(数量级1mV/K)热电材料更高的塞贝克系数和更低的热导率。为提高热电装置的输出电压，半导体体系采用P型和N型热电单元相互交替的方式构建热电模块，而基于离子型聚合物膜的热电模块器件则鲜有报道。

基于液态(或胶体)电解质的P-N结热电模块已有报导，如文献Green Chem.,2020,22,6062，Adv.Sci.2021,8,2100均有涉及，此类液态电解质热电模块每个P或N模组均是独立的电池，内部均有氧化还原反应的发生。例如以[Fe(SO4)2]^-/2-(P型)和Fe(HSO4)]^+/2+(N型)组成的温差电池组，其P型和N型电池内部发生的反应是每个P、N结反应均有极化损失。由于P、N型电池参与反应物质、电解液均不同，二者需要单独封装以避免交叉污染、失去功能。

发明内容

本申请提供了一种基于离子聚合物的P-N型温差发电器件，该温差发电器件采用氢电极、双极膜，并以阴离子(离子类N型)和阳离子(离子类P型)聚合物电解质交替相连排列实现离子型温差发电模块的构建。该模块仅有总正和总负两级发生氢的氧化还原反应，其余P和N的界面处发生是水的解离反应；无额外液态电解液的添加，不存在电解液污染问题，封装集成方便。

一种温差发电器件，包括一个或多个离子P-N结、催化层、气体扩散层、集流单元；

所述离子P-N结包括一中间层以及分别设于所述中间层两侧的P型氢离子交换膜和N型阴离子交换膜；

所述P型氢离子交换膜和所述N型阴离子交换膜均为离子聚合物膜；

多个所述离子P-N结彼此首尾通过所述中间层相连；

所述催化层包括第一催化层、第二催化层；

所述集流单元包括第一集流单元、第二集流单元；

所述第一催化层、所述第二催化层分别设于所述离子P-N结中位于首尾的所述P型氢离子交换膜和所述N型阴离子交换膜上端；

所述气体扩散层设于所述催化层的外侧；

所述集流单元与设于所述气体扩散层的外侧；

所述中间层为水解离单元。

可选地，所述中间层为双极膜。

可选地，所述双极膜包括阴离子交换层、阳离子交换层以及设于两者之间的解离层；

所述解离层为水解离单元。

可选地，所述P型氢离子交换膜选自全氟磺酸膜、氟化聚合物磺酸膜、非氟聚合物质子交换膜、复合质子交换膜中的一种。