納米粒子電解液的熱充電超級電容器制造技術

本發明專利技術公開了一種納米粒子電解液的熱充電超級電容器，包括電極，電解質溶液以及鹽橋，所述電解質溶液中含有納米粒子。本發明專利技術可在熱電轉換的同時將電以表面電荷的形式儲存，并且可以同時進行充放電。在加入相應質量分數的納米粒子后，可以較大的增強電解質離子的熱擴散系數，提高熱端溫度的均勻分布，從而極大程度的提高熱充電超級電容器的性能。

Thermal charging supercapacitor with nano electrolyte

【技術實現步驟摘要】
納米粒子電解液的熱充電超級電容器
本專利技術屬于熱電轉換領域，具體涉及使用含有納米粒子電解質溶液的熱充電超級電容器。
技術介紹
隨著人類對化石能源的大量開采和消耗，能源危機逐漸成為國際社會關注的焦點。各種余熱以及太陽熱的利用是改善能源結構，改善能源危機的重要方法之一。但也是現階段一個重要的挑戰。一方面余熱資源無處不在非常充足，包括工業生產過程的廢熱、發動機的余熱以及太陽熱等，如果能夠進行收獲和利用，能源效率將大大的提升，另一方面傳統技術的熱電轉換效率，無論是基于塞貝克效應的直接方法，還是使用有機朗肯循環(ORC)機器的間接方法，在余熱利用的效率都較低。一種新型熱電轉換器件的提出：熱充電超級電容器可以實現在余熱利用時的高效率。熱充電超級電容器是由兩個傳統的半超級電容器組成，通過將兩部分分別放置在不同溫度的電解液容器中，并通過鹽橋連接。通過溫差趨動離子的擴散，導致熱端電極表面電荷密度低于冷端，從而產生電勢差。但如何提高最終得到的開路電壓是通過熱充電超級電容器進行熱電轉換利用的一個關鍵問題。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種納米粒子電解液的熱充電超級電容器，以提高熱充電超級電容器的熱電轉換性能。為實現上述目的，本專利技術采用的技術方案為：一種納米粒子電解液的熱充電超級電容器，包括電極，電解質溶液以及鹽橋，所述電解質溶液中含有納米粒子。所述電解質溶液由含有納米粒子的基液組成。所述納米粒子為金屬或者非金屬納米粒子。所述納米粒子為無孔或者多孔的納米粒子。所述納米粒子具有導熱性。所述納米粒子的粒徑為1～100nm。所述基液為有機體系或者水系電解質溶液。所述電解質溶液中，納米粒子的質量分數為0.01％～30％。有益效果：本專利技術所提出的納米粒子電解液的熱充電超級電容器，可在熱電轉換的同時將電以表面電荷的形式儲存，并且可以同時進行充放電。通過加入納米粒子，不僅提高了離子的擴散系數而且提高了溫度的均勻性。較使用沒有加入納米粒子電解液的系統相比，開路電壓極大地提高，從而提高了熱充電超級電容器在余熱、工業廢熱以及太陽熱利用中的性能。附圖說明圖1為本專利技術的原理流程圖；圖2為本專利技術的原理圖；圖中：1-納米粒子，2-熱電解質溶液，3-冷電解質溶液，4-離子交換膜，5-負載；圖3為不同溫差下系統的開路電壓；圖4為加入相同質量分數的納米碳和納米銅系統的開路電壓；圖5為加入不同質量分數納米碳系統在不同溫差下的開路電壓。具體實施方式下面結合附圖對本專利技術做更進一步的解釋。本專利技術的納米粒子電解液的熱充電超級電容器的原理如圖1以及圖2所示，納米粒子電解液的熱充電超級電容器，可在熱電轉換的同時將電以表面電荷的形式儲存，并且可以同時進行充放電。通過納米粒子的加入，一方面提高了離子的擴散系數，在溫差驅動下有更多的離子從熱端移動到冷端，從而使得熱端電極的表面電荷密度更加的低于冷端電極的表面電荷密度，從而產生了更大的電勢差，表現為得到了更高的系統開路電壓；另一方面提高溫度的響應時間，從而縮短熱端溫度達到穩定的時間，也使得熱端溫度分布均勻，縮短了充電時間，提高了充放電的速率。從而提高系統在余熱、工業廢熱以及太陽熱利用中的性能。圖2展示了本專利技術的一個典型的納米粒子電解液的熱充電超級電容器，其包括熱電解質溶液2和冷電解質溶液3，熱電解質溶液2和冷電解質溶液3中均含有納米粒子1，熱電解質溶液2和冷電解質溶液3之間設置有離子交換膜4，熱電解質溶液2和冷電解質溶液3中設置有電極，電極之間通過導線連接有負載5。本專利技術中通過加入不同種類的納米粒子以及不同質量分數的納米粒子來獲得不同的電解質溶液離子擴散系數，從而得到了不同情況下系統在不同溫差下的開路電壓，通過以下實施例對專利技術進行了試驗的驗證。實施例1：納米粒子電解液的熱充電超級電容器，具體實施方式為：將兩個傳統的半超級電容器分別放置在充滿電解質溶液的容器中，對一端容器進行加熱，冷端溫度為T1，熱端溫度為T2,通過改變T1和T2可以獲得不同的溫差。當溫差穩定時讀取系統在不同溫差下的開路電壓。結果顯示溫差越大，系統所測出的開路電壓越大如圖3所示。實施例2：納米粒子電解液的熱充電超級電容器，具體實施方式為：將兩個傳統的半超級電容器分別放置在充滿電解質溶液的容器中，對一端容器進行加熱，冷端溫度為T1，熱端溫度為T2，通過改變T1和T2可以獲得不同的溫差。當溫差穩定時讀取系統在不同溫差下的開路電壓。在熱端電解質溶液中分別加入相同質量的納米碳和納米銅，將其與未加入納米粒子的系統所得的開路電壓進行對比，加入納米銅的系統所得開路電壓>加入納米碳的系統>未加入納米粒子的系統，如圖4所示。實施例3：納米粒子電解液的熱充電超級電容器，具體實施方式為：將兩個傳統的半超級電容器分別放置在充滿電解質溶液的容器中，對一端容器進行加熱，冷端溫度為T1，熱端溫度為T2，通過改變T1和T2可以獲得不同的溫差。當溫差穩定時利用數據采集系統讀取系統在不同溫差下的開路電壓。在熱端電解質溶液中分別加入質量分數為以及的納米碳，得到了對不同納米粒子濃度以及不同溫差下的開路電壓如圖5所示。加入納米粒子的質量分數存在一個最佳值，為0.7％。因為離子的擴散系數在納米粒子濃度較低時，隨著加入納米粒子的增加而增加，在納米粒子濃度較高時，隨著納米粒子的加入，離子的擴散系數反而減少。以上所述僅是本專利技術的優選實施方式，應當指出，對于本
的普通技術人員來說，在不脫離本專利技術原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本專利技術的保護范圍。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種納米粒子電解液的熱充電超級電容器，其特征在于：包括電極，電解質溶液以及鹽橋，所述電解質溶液中含有納米粒子。/n

【技術特征摘要】
1.一種納米粒子電解液的熱充電超級電容器，其特征在于：包括電極，電解質溶液以及鹽橋，所述電解質溶液中含有納米粒子。


2.根據權利要求1所述的納米粒子電解液的熱充電超級電容器，其特征在于：所述電解質溶液由含有納米粒子的基液組成。


3.根據權利要求1或2所述的納米粒子電解液的熱充電超級電容器，其特征在于：所述納米粒子為金屬或者非金屬納米粒子。


4.根據權利要求1或2所述的納米粒子電解液的熱充電超級電容器，其特征在于：所述納米粒子為無孔或者多孔納米粒子。
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【專利技術屬性】
技術研發人員：宣益民，孟婷婷，
申請(專利權)人：南京航空航天大學，
類型：發明
國別省市：江蘇;32