一种高性能N型离子热电材料、热电电池及其制备方法与应用.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115852687A(43)申请公布日2023.03.28(21)申请号202211687120.4(22)申请日2022.12.27(71)申请人东北林业大学地址150040黑龙江省哈尔滨市香坊区和兴路26号(72)发明人李志国胡锦东魏久洋白龙段佳旻(74)专利代理机构哈尔滨市伟晨专利代理事务所(普通合伙)23209专利代理师荣玲(51)Int.Cl.D06M13/355(2006.01)D06M11/13(2006.01)H01M6/36(2006.01)D06M101/06(2006.01)权利要求书1页说明书8页附图6页(54)发明名称一种高性能N型离子热电材料、热电电池及其制备方法与应用(57)摘要本发明涉及一种高性能N型离子热电材料、热电电池及其制备方法与应用，属于热电材料技术领域。为解决现有N型离子热电材料性能提升方法不具有普适性的问题，本发明提供了一种高性能N型离子热电材料的制备方法，去除天然竹片中的木质素和半纤维素，漂白清洗后得到竹纤维材料；对竹纤维材料进行定向氧化处理，得到N型离子热电材料。本发明通过对竹纤维表面功能化直接将单一类型氧化还原对电解质转换成离子扩散作用为主的热电材料，所构建的热电材料在具有持续稳定电压输出的同时，又在热扩散作用主导下产生巨大的差热电压。本发明反应条件温和，步骤简单，绿色环保，同时具有普遍适用性，为制备高热电功率的N型离子热电材料提供了新的途径。CN115852687ACN115852687A权利要求书1/1页1.一种高性能N型离子热电材料的制备方法，其特征在于，步骤如下：步骤一、竹纤维材料的制备：将天然竹片置于NaOH和Na2SO3混合溶液中，在恒定温度下抽提处理，去除天然竹片中的木质素和半纤维素，然后用沸腾的H2O2溶液浸泡，清洗后得到竹纤维材料；步骤二、阴离子‑纤维素纳米纤维材料的制备：将步骤一所得竹纤维材料置于TEMPO和NaBr混合溶液中，将所得体系pH调整到10，加入NaClO进行定向氧化处理，氧化反应期间保持体系pH值为10，2～4h后将pH降至7，终止反应，反复清洗后得到阴离子‑纤维素纳米纤维材料即为N型离子热电材料。2.根据权利要求1所述一种高性能N型离子热电材料的制备方法，其特征在于，步骤一所述天然竹片的重量为0.7～1.2g；所述NaOH和Na2SO3混合溶液中NaOH的浓度为4～6mol·‑1‑1L、Na2SO3的浓度为0.3～0.5mol·L；所述天然竹片与NaOH和Na2SO3混合溶液中NaOH的质量比为1:5～1:6。3.根据权利要求1或2所述一种高性能N型离子热电材料的制备方法，其特征在于，步骤一所述抽提处理的恒定温度为100～120℃，抽提处理时间为7～10h；所述H2O2溶液的浓度为5～15wt％。4.根据权利要求3所述一种高性能N型离子热电材料的制备方法，其特征在于，步骤二所述TEMPO和NaBr混合溶液中TEMPO的浓度为0.001～0.002mol·L‑1、NaBr的浓度为0.01～0.02mol·L‑1；所述竹纤维材料与TEMPO和NaBr混合溶液中TEMPO的质量比为1:0.016～1:0.032。5.根据权利要求4所述一种高性能N型离子热电材料的制备方法，其特征在于，步骤二所述NaClO的加入量按竹纤维材料与NaClO的质量比为1:0.4～1:0.5。6.根据权利要求5所述一种高性能N型离子热电材料的制备方法，其特征在于，步骤二调整体系pH值使用的试剂分别是0.5MNaOH和0.5MHCl；所述反复清洗使用的清洗试剂依次为0.5MHCl、丙酮和甲苯。7.如权利要求1‑6任一所述的高性能N型离子热电材料的制备方法所制备的N型离子热电材料。8.一种热电电池的制备方法，其特征在于，将权利要求7所述N型离子热电材料两端加上镍片电极，使用聚乙烯封装，注入配置好的0.1～1.0mol·L‑1铁氰化钾/亚铁氰化钾溶液，用环氧乙烷封装得到热电电池。9.如权利要求8所述的热电电池的制备方法所制备的热电电池。10.如权利要求9所述的热电电池在无电源电子设备、储能设备和温度传感设备领域的应用。2CN115852687A说明书1/8页一种高性能N型离子热电材料、热电电池及其制备方法与应用技术领域[0001]本发明属于热电材料技术领域，尤其涉及一种高性能N型离子热电材料、热电电池及其制备方法与应用。背景技术[0002]低级热量在自然界中普遍存在且丰富，包括阳光、工业过程和人体。充分利用低品位热能是能源可持续发展的巨大财富。因此，寻找具有高热电性能和易于生产的新型、环保、低成本和可持续的热电材料已成为热电学研究的前沿。[0003]基于离子热电材料的热电池由于具有相对较高的热功率、低成本和高灵活性等