一種光熱電轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器件及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及能源和材料領(lǐng)域。具體涉及一種基于相變儲(chǔ)能材料與熱電材料相結(jié)合，在太陽能驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)光熱電轉(zhuǎn)換和電能不間斷輸出。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽能是一種綠色清潔的能源，實(shí)現(xiàn)其充分利用對于人類的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。光電轉(zhuǎn)換是目前對太陽能進(jìn)行有效利用的途徑之一。通過光伏組件可以將太陽能轉(zhuǎn)換成電能。但是由于太陽能具有間斷性，光伏發(fā)電無法持續(xù)進(jìn)行，并且需要額外儲(chǔ)電裝置對其產(chǎn)生的電能進(jìn)行儲(chǔ)存。加之生產(chǎn)光伏電池所用原材料緊缺，導(dǎo)致整體成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種光熱電轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器件及制備方法，實(shí)現(xiàn)太陽能間斷情況下電能的持續(xù)供給，降低成本，充分提升對太陽能的利用率。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0005]—種光熱電轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器件，包括:保溫層(1)、相變儲(chǔ)能材料層(3)、熱電材料層(4)和散熱層(5)，保溫層(I)的下部與熱電材料層(4)上表面密封形成覆蓋空間(2)，覆蓋空間
(2)內(nèi)部抽真空形，覆蓋空間(2)內(nèi)容納相變儲(chǔ)能材料層(3)，相變儲(chǔ)能材料層(3)與熱電材料層(4)上表面形成良好的導(dǎo)熱連接，散熱層(5)與熱電材料層(4)下表面形成良好的導(dǎo)熱連接，熱電材料層(4)上表面為高溫面，下表面為低溫面，太陽光透過保溫層照射在相變儲(chǔ)能材料層，由相變儲(chǔ)能材料層實(shí)現(xiàn)對太陽光的捕捉吸收，同時(shí)轉(zhuǎn)化成熱能并進(jìn)行存儲(chǔ)，最后經(jīng)過熱電材料層將熱能轉(zhuǎn)化為電能;在太陽光間斷的情況下，熱電材料層也可以利用相變材料內(nèi)部所存儲(chǔ)的熱能持續(xù)進(jìn)行電能的輸出。
[0006]所述的光熱電轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器件，所述保溫層使用透明有機(jī)玻璃或無機(jī)玻璃。
[0007]所述的光熱電轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器件，所述熱電材料層包括無機(jī)材料碲化鉍基溫差發(fā)電片或有機(jī)聚合物PEDOT: PSS熱電材料基溫差發(fā)電片。
[0008]所述的光熱電轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器件，所述散熱層包括材質(zhì)為銅、鋼、鋁、鐵、合金，散熱方式為自然散熱、強(qiáng)制風(fēng)冷、強(qiáng)制水冷的散熱片。
[0009]所述的光熱電轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器件，所述定形相變儲(chǔ)能材料制備方法為:將氧化石墨稀粉末通過超聲及機(jī)械攪拌手段分散于去離子水中，獲得濃度為lmg/mL-30mg/mL的氧化石墨烯水溶液;直接對其進(jìn)行冷凍干燥，獲得三維宏觀石墨烯材料;采用三維宏觀石墨烯為支撐定形和光吸收材料，分子量為10000的聚乙二醇為相變儲(chǔ)能材料，通過真空浸漬吸附的方法，在真空烘箱中將三維石墨烯浸入聚乙二醇熔體中，制備復(fù)合定形相變儲(chǔ)能材料，石墨烯質(zhì)量含量為0.5%-10%。
[0010]所述的光熱電轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器件，所述定形相變儲(chǔ)能材料選用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的高密度聚乙烯、I %黑色染料、79 %石蠟制備，石蠟作為相變材料，高密度聚乙烯為支撐定形材料，黑色染料用以提升光吸收度，制備方法為:在160°C下將高密度聚乙烯熔融，然后加入染料和石蠟進(jìn)行混合，通過復(fù)合獲得復(fù)合定形相變儲(chǔ)能材料。
[0011]任一所述的光熱電轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器件的制備方法，步驟如下:
[0012]步驟一:將支撐定形材料以及提升吸光度材料與相變材料相復(fù)合，制備可以實(shí)現(xiàn)光熱轉(zhuǎn)化的定形相變儲(chǔ)能材料；
[0013]步驟二:將定形相變儲(chǔ)能材料下表面通過熱界面材料貼合在溫差發(fā)電片的高溫面；
[0014]步驟三:用透明的有機(jī)或無機(jī)玻璃作為保溫層，將相變材料覆蓋，并使覆蓋空間形成真空狀態(tài)；
[0015]步驟四:將散熱層通過熱界面材料與溫差發(fā)電片的低溫面相貼合，即獲得所述光熱電轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器件。
[0016]所述的制備方法，所述定形相變儲(chǔ)能材料制備方法為:將氧化石墨稀粉末通過超聲及機(jī)械攪拌手段分散于去離子水中，獲得濃度為lmg/mL-30mg/mL的氧化石墨稀水溶液；直接對其進(jìn)行冷凍干燥，獲得三維宏觀石墨烯材料;采用三維宏觀石墨烯為支撐定形和光吸收材料，分子量為10000的聚乙二醇為相變儲(chǔ)能材料，通過真空浸漬吸附的方法，在真空烘箱中將三維石墨烯浸入聚乙二醇熔體中，制備復(fù)合定形相變儲(chǔ)能材料，石墨烯質(zhì)量含量為 0.5%-10%ο
[0017]所述的制備方法，所述定形相變儲(chǔ)能材料選用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的高密度聚乙烯、1%黑色染料、79%石蠟制備，石蠟作為相變材料，高密度聚乙烯為支撐定形材料，黑色染料用以提升光吸收度，制備方法為:在160°C下將高密度聚乙烯熔融，然后加入染料和石蠟進(jìn)行混合，通過復(fù)合獲得復(fù)合定形相變儲(chǔ)能材料。
[0018]本發(fā)明具有以下特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn):
[0019]I本發(fā)明首次公開了利用將相變儲(chǔ)能材料與熱電材料相結(jié)合設(shè)計(jì)并制備光熱電轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器件的方法。
[0020]2本發(fā)明公開的器件實(shí)現(xiàn)了在太陽能間斷的情況下連續(xù)供給電能。
[0021]3本發(fā)明提升了對太陽能的有效利用率，降低了光電轉(zhuǎn)換及存儲(chǔ)的整體成本。對綠色能源的發(fā)展具有重要意義。
【附圖說明】
[0022]圖1是光熱電轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2是光熱電轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器件工作過程示意圖；
[0024]圖3是實(shí)施例1所涉及相變材料層吸收光譜圖；
[0025]圖4是實(shí)施例1所涉及相變材料層光熱轉(zhuǎn)化曲線圖；
[0026]圖5是實(shí)施例1所涉及相變材料層定形性能測試圖(圖中左列是純的相變材料在30°C、70°C、90°C下的性能測試結(jié)果，右列是石墨烯復(fù)合相變儲(chǔ)能材料30°C、70°C、90°C下的性能測試結(jié)果)；
【具體實(shí)施方式】
[0027]以下結(jié)合具體實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0028]如圖1所示，光熱電轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)器件結(jié)構(gòu)包括:有機(jī)玻璃保溫層1、相變儲(chǔ)能材料層3、熱電材料層4和散熱層5，有機(jī)玻璃保溫層I的下部與熱電材料層4上表面密封形成覆蓋空間2，覆蓋空間2內(nèi)部抽真空形，覆蓋空間2內(nèi)容納相變儲(chǔ)能材料層3，相變儲(chǔ)能材料層3與熱電材料層4上表面形成良好的熱連接，散熱層5與熱電材料層4下表面形成良好的熱連接，熱電材料層4上表面為高溫面，下表面為低溫面。
[0029]實(shí)施例1
[0030]第一步，將氧化石墨烯粉末通過超聲及機(jī)械攪拌手段分散于去離子水中，獲得濃度為lmg/mL-30mg/mL的氧化石墨稀水溶液。直接對其進(jìn)行冷凍干燥，獲得三維宏觀石墨稀材料。
[0031]第二步，采用三維宏觀石墨烯為支撐定形和光吸收材料，分子量為10000的聚乙二醇為相變儲(chǔ)能材料。通過真空浸漬吸附的方法，在真空烘箱中將三維石墨烯浸入聚乙二醇熔體中，制備復(fù)合定形相變儲(chǔ)能材料，石墨烯質(zhì)量含量為0.5%-10%。