本發(fā)明屬于新能源發(fā)電設(shè)備領(lǐng)域，更具體地，涉及一種用于蒸發(fā)發(fā)電的發(fā)電組件的制備方法。

背景技術(shù)：

隨著化石燃料的逐漸減少，能源危機(jī)正在不斷加劇，而且化石燃料燃燒所帶來的環(huán)境問題也越來越突出，因此關(guān)于可再生清潔能源的開發(fā)和利用已經(jīng)受到人們極大的關(guān)注。利用溶液蒸發(fā)進(jìn)行發(fā)電的裝置可以將環(huán)境熱能轉(zhuǎn)換為電能，這種發(fā)電方式是一種新型的產(chǎn)生清潔能源的方式。雖然目前這種發(fā)電裝置的發(fā)電功率很低，但是作為一種新型的發(fā)電方式，蒸發(fā)發(fā)電仍被認(rèn)為是一種很有應(yīng)用前景的產(chǎn)生清潔能源的途徑。

申請(qǐng)?zhí)枮?01420621059.8專利有提及，基于蒸發(fā)發(fā)電的發(fā)電組件主要包括襯底、在襯底上制備的兩個(gè)互不連接的電極以及沉積在兩個(gè)電極之間并與之形成導(dǎo)電通路的碳材料層；以上所述發(fā)電組件中的碳材料層由碳材料直接連接而成，碳材料之間的相互作用十分弱，在工作過程中碳材料極易損壞，而這將顯著地降低發(fā)電裝置的發(fā)電性能和穩(wěn)定性，使發(fā)電裝置的應(yīng)用受到極大的限制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種用于蒸發(fā)發(fā)電的發(fā)電組件的制備方法，采用漿料印刷退火的方法制備碳材料層，解決了現(xiàn)有蒸發(fā)發(fā)電組件中碳材料易損而導(dǎo)致的蒸發(fā)發(fā)電裝置穩(wěn)定性較差的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于蒸發(fā)發(fā)電 的發(fā)電組件的制備方法，該用于蒸發(fā)發(fā)電的組件包括載片、第一電極、第二電極和碳材料層，其制備方法具體如下：

(1)采用導(dǎo)電材料在電絕緣的載片表面制備互相平行的第一電極和第二電極；

(2)采用印刷的方式將含有碳材料的分散均勻的漿料搭接在第一電極與第二電極之間，形成漿料層；所述漿料由碳材料、粘結(jié)劑以及溶劑采用研磨或者攪拌的方法制備而成；

(3)對(duì)漿料層進(jìn)行退火處理，在第一電極與第二電極之間形成碳材料層，完成所述發(fā)電組件的制備；由此經(jīng)過對(duì)漿料層退火處理形成的碳材料層具備疏松多孔的特點(diǎn)，有利于蒸發(fā)發(fā)電過程中揮發(fā)性液體的蒸發(fā)而提高發(fā)電效率；同時(shí)，退火處理使得碳顆粒緊密堆疊，碳顆粒之間的相互作用增強(qiáng)，并由于漿料里的粘結(jié)劑成分作用，使得碳顆粒間具有很強(qiáng)的粘結(jié)作用；由此增大制備得的碳材料層的強(qiáng)度；

由此制備得到的發(fā)電組件，碳材料層與兩個(gè)電極形成導(dǎo)電通路；在用于蒸發(fā)發(fā)電時(shí)，基于蒸發(fā)發(fā)電原理，隨著揮發(fā)性液體沿著碳材料層從浸入端向另一端移動(dòng)，利用兩端不同區(qū)域內(nèi)液體氣化脫離時(shí)與碳材料之間相互作用的差異，在第一電極與第二電極之間形成電勢差；

在性能方面，以此方法制備出的發(fā)電組件能承受高達(dá)60攝氏度的溫度，3m/s的風(fēng)速以及9％的相對(duì)濕度，連續(xù)工作而碳材料層無破損，持續(xù)穩(wěn)定的輸出電能。

優(yōu)選的，步驟(2)所述的印刷漿料所形成的漿料層的厚度在10微米到200微米之間；若漿料層過薄，則制備得的碳材料層厚度過薄，導(dǎo)致制備得的發(fā)電組件電阻過大，不利于電能輸出；若漿料層過厚，會(huì)導(dǎo)致漿料層在退火過程中因應(yīng)力過大，而使制備得的碳材料層發(fā)生破裂損壞。

優(yōu)選的，步驟(3)所述的退火處理，退火溫度為150攝氏度到500攝氏度，退火時(shí)間為30分鐘到12小時(shí)；若退火溫度過低、退火時(shí)間過短會(huì) 導(dǎo)致粘結(jié)劑殘存過多，無法形成多孔的碳材料層，不利于揮發(fā)性溶液在碳材料層中的流動(dòng)與蒸發(fā)；而退火溫度過高、退火時(shí)間過長會(huì)導(dǎo)致碳顆粒之間的粘結(jié)劑消耗完，從而碳顆粒之間的相互作用減弱，而使得碳材料層的強(qiáng)度降低，由此影響了制備得的發(fā)電組件的穩(wěn)定性。

優(yōu)選的，漿料中的碳材料采用碳黑、碳納米管、碳顆粒和石墨烯中的一種或多種。

進(jìn)一步優(yōu)選的，粘結(jié)劑采用可溶于溶劑的原料。

進(jìn)一步優(yōu)選的，粘結(jié)劑采用乙基纖維素或甲基纖維素；溶劑采用松油節(jié)透醇或乙醇。

進(jìn)一步優(yōu)選地，在漿料制備過程中加入冰醋酸來提高粘結(jié)劑在溶劑中的分散性，從而提高漿料的均一性；加入冰醋酸的質(zhì)量為溶劑質(zhì)量的十分之一到二分之一。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述漿料中碳材料、粘結(jié)劑與溶劑的質(zhì)量比例為1:0.1:1到1:10:20；粘結(jié)劑與碳材料的質(zhì)量比例過高或者過低，均可能導(dǎo)致退火后形成的碳材料層的強(qiáng)度降低，而影響發(fā)電組件的穩(wěn)定性。

進(jìn)一步優(yōu)選地，所述漿料中碳材料、粘結(jié)劑與溶劑的質(zhì)量比例為1:0.5:3到1:1.5:10時(shí)，按照該配比制備出的碳材料層的強(qiáng)度最大，制得的發(fā)電組件的穩(wěn)定性以及發(fā)電性能最佳。

總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案，主要具備以下的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：

(1)本發(fā)明提供的用于蒸發(fā)發(fā)電的發(fā)電組件制備方法，采用漿料印刷的方法制備碳材料層；并且在漿料印刷形成漿料層后采用退火處理；一方面，由此制備得的碳材料層，碳顆粒間疏松多孔，有利于揮發(fā)性液體的蒸發(fā)，提供蒸發(fā)發(fā)電效率的同時(shí)保證了蒸發(fā)發(fā)電的可持續(xù)進(jìn)行；另一方面，經(jīng)過退火處理，使得碳顆粒緊密堆疊，碳顆粒之間的相互作用增強(qiáng)，并由于漿料里的粘結(jié)劑成分作用，使碳材料層的強(qiáng)度增加，相比于現(xiàn)有技術(shù)， 制備出的蒸發(fā)發(fā)電組件不易損壞，可長時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行。

(2)本發(fā)明提供的用于蒸發(fā)發(fā)電的發(fā)電組件制備方法，改善了制備漿料的材料以及方法；通過調(diào)節(jié)漿料的配比以及印刷漿料層的厚度，實(shí)現(xiàn)對(duì)碳材料層厚度的調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電裝置的發(fā)電性能的調(diào)節(jié)；并且，通過漿料印刷的方法，可以制備具有大面積碳材料層的蒸發(fā)發(fā)電組件，使得采用本發(fā)明方法制備的蒸發(fā)發(fā)電組件實(shí)現(xiàn)大功率蒸發(fā)發(fā)電成為可能。

附圖說明

圖1是用于蒸發(fā)發(fā)電的發(fā)電組件示意圖；

圖2是實(shí)施例6制備得到的發(fā)電組件連續(xù)運(yùn)行的電壓-時(shí)間曲線圖；

在所有附圖中，相同的附圖標(biāo)記用來表示相同的元件或結(jié)構(gòu)，其中：1為載片、2為電極、3為碳材料層。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

本發(fā)明涉及的用于蒸發(fā)發(fā)電的發(fā)電組件的結(jié)構(gòu)如圖1所示意的，包括載片、第一電極、第二電極和碳材料層；其制備方法為：首先，采用導(dǎo)電材料在電絕緣的載片表面制備兩個(gè)互相平行的電極；然后采用印刷的方式將含有碳材料的漿料搭接在第一電極與第二電極之間，其中，漿料由碳材料、粘結(jié)劑以及溶劑采用研磨或者攪拌的方法制備而成；最后對(duì)印刷好的漿料層進(jìn)行退火處理，在兩個(gè)電極之間形成碳材料層，完成用于蒸發(fā)發(fā)電的發(fā)電組件制備；其中，碳材料層與兩個(gè)電極形成導(dǎo)電通路。

上述發(fā)電組件應(yīng)用于蒸發(fā)發(fā)電時(shí)，置于裝有揮發(fā)性液體的容器里，碳材料層的一端始終浸入揮發(fā)性液體，另一端暴露在揮發(fā)性液體表面之外的 環(huán)境中；使用時(shí)，由于液體表面的張力和自身氣化，揮發(fā)性液體會(huì)不斷沿著碳材料層從浸入端向另一端移動(dòng)，利用兩端不同區(qū)域內(nèi)液體氣化脫離時(shí)與碳材料之間相互作用的差異，在兩個(gè)電極之間形成電勢差，實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)發(fā)電的目的；以下結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明提供的用于蒸發(fā)發(fā)電的發(fā)電組件的制備方法。

實(shí)施例1提供的用于蒸發(fā)發(fā)電的發(fā)電組件的制備方法，具體如下：

(1)將陶瓷片依次用丙酮、乙醇、去離子水超聲清洗十分鐘，吹干，然后采用導(dǎo)電材料在其表面制備兩個(gè)互不相交的電極；

(2)將碳黑、乙基纖維素以及松油節(jié)透醇按質(zhì)量比1:0.1:1的比例研磨，制成分散均勻的漿料；

(3)將以上漿料在兩個(gè)電極之間印刷200微米厚度，形成漿料層；

(4)在220攝氏度的溫度下對(duì)印刷好的漿料層進(jìn)行退火處理，以在兩個(gè)電極之間形成碳材料層，退火時(shí)間為4小時(shí)；完成用于蒸發(fā)發(fā)電的發(fā)電組件的制備。

實(shí)施例2提供的用于蒸發(fā)發(fā)電的發(fā)電組件的制備方法，具體如下：

(1)將玻璃片依次用丙酮、乙醇、去離子水超聲清洗十分鐘，吹干，然后采用導(dǎo)電材料在其表面制備兩個(gè)互不相交的電極；

(2)將碳黑、乙基纖維素以及乙醇按質(zhì)量比1:10:20的比例攪拌12個(gè)小時(shí)，制成分散均勻的漿料；

(3)將以上漿料在兩個(gè)電極之間印刷10微米厚度，形成漿料層；

(4)在500攝氏度的溫度下對(duì)印刷好的漿料層進(jìn)行退火處理，以在兩個(gè)電極之間形成碳材料層，退火時(shí)間為1小時(shí)；完成用于蒸發(fā)發(fā)電的發(fā)電組件的制備。

實(shí)施例3提供的用于蒸發(fā)發(fā)電的發(fā)電組件的制備方法，具體如下：

(1)將玻璃片依次用丙酮、乙醇、去離子水超聲清洗十分鐘，吹干，然后采用導(dǎo)電材料在其表面制備兩個(gè)互不相交的電極；

(2)將碳黑、乙基纖維素、松油節(jié)透醇和冰醋酸按質(zhì)量比1:1:5:0.5的比例在七十?dāng)z氏度下攪拌6個(gè)小時(shí)，制成分散均勻的漿料；

(3)將以上漿料在兩個(gè)電極之間印刷50微米厚度，形成漿料層；

(4)在380攝氏度的溫度下對(duì)印刷好的漿料層進(jìn)行退火處理；以在兩個(gè)電極之間形成碳材料層，退火時(shí)間為2小時(shí)；完成用于蒸發(fā)發(fā)電的發(fā)電組件的制備。

實(shí)施例4提供的用于蒸發(fā)發(fā)電的發(fā)電組件的制備方法，具體如下：

(1)將玻璃片依次用丙酮、乙醇、去離子水超聲清洗十分鐘，吹干，然后采用導(dǎo)電材料在其表面制備兩個(gè)互不相交的電極；

(2)將碳黑、乙基纖維素以及松油節(jié)透醇按質(zhì)量比1:0.5:3的比例攪拌5個(gè)小時(shí)，制成分散均勻的漿料；

(3)將以上漿料在兩個(gè)電極之間印刷200微米厚度，形成漿料層；

(4)在150攝氏度的溫度下對(duì)印刷好的漿料層進(jìn)行退火處理；以在兩個(gè)電極之間形成碳材料層，退火時(shí)間為12小時(shí)；完成用于蒸發(fā)發(fā)電的發(fā)電組件的制備。

實(shí)施例5提供的用于蒸發(fā)發(fā)電的發(fā)電組件的制備方法，具體如下：

(1)將陶瓷片依次用丙酮、乙醇、去離子水超聲清洗十分鐘，吹干，然后采用導(dǎo)電材料在其表面制備兩個(gè)互不相交的電極；

(2)將碳黑、乙基纖維素以及松油節(jié)透醇按質(zhì)量比1:1.5:10的比例攪拌6個(gè)小時(shí)，制成分散均勻的漿料；

(3)將以上漿料在兩個(gè)電極之間印刷100微米厚度，形成漿料層；

(4)在300攝氏度的溫度下對(duì)印刷好的漿料層進(jìn)行退火處理；以在兩個(gè)電極之間形成碳材料層，退火時(shí)間為30分鐘；完成用于蒸發(fā)發(fā)電的發(fā)電組件的制備。

實(shí)施例6提供的用于蒸發(fā)發(fā)電的發(fā)電組件的制備方法，具體如下：

(1)將玻璃片依次用丙酮、乙醇、去離子水超聲清洗十分鐘，吹干， 然后采用導(dǎo)電材料在其表面制備兩個(gè)互不相交的電極；

(2)將碳黑、乙基纖維素以及松油節(jié)透醇按質(zhì)量比1:1:6的比例攪拌6個(gè)小時(shí)，制成分散均勻的漿料；

(3)將以上漿料在兩個(gè)電極之間印刷10微米厚度，形成漿料層；

(4)在400攝氏度的溫度下對(duì)印刷好的漿料層進(jìn)行退火處理；以在兩個(gè)電極之間形成碳材料層，退火時(shí)間為2小時(shí)；完成用于蒸發(fā)發(fā)電的發(fā)電組件的制備。

將實(shí)施例6制備得到的發(fā)電組件應(yīng)用于蒸發(fā)發(fā)電，在15天內(nèi)連續(xù)運(yùn)行，獲取得到的發(fā)電電壓與時(shí)間之間的關(guān)系如圖2記錄的曲線所示；發(fā)電電壓峰值在0.3伏到0.7伏之間，均值在0.4V左右；在運(yùn)行期間，發(fā)電性能一致性較好，并未出現(xiàn)發(fā)電性能降低的情況。

上述實(shí)施例制備得到的發(fā)電組件在實(shí)際蒸發(fā)發(fā)電應(yīng)用中，均可以產(chǎn)生0.3伏到0.7伏的電壓，連續(xù)運(yùn)行十五天情況下均未出現(xiàn)發(fā)電性能降低的情況，由此驗(yàn)證了本發(fā)明的實(shí)用價(jià)值。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。