CN105633264A - 一种串联电腿结构的温差电池 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种串联电腿结构温差电池，在基底(5)上，该电池的高温端电极(31)与低温端电极(32)之间连接有N型电腿(1)，高温端电极(31)与另一个低温端电极(32)之间连接有P型电腿(2)，N型电腿(1)和P型电腿(2)的热电材料分成两段或多段，中间以金属(4)相连。这种结构能够有效延长电池冷端与热端的距离，加大冷端与热端的温度差，从而改善温差电池的性能。本发明中的温差电池，可以随着实际应用情况的不同，调节p型和n型热电腿与金属的长度，改变冷端与热端的温差，实现温度梯度的调控。与传统温差电池相比，这种结构的温差电池具有更广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种包含串联电腿结构的温差电池，能够有效地扩大热电腿的温度梯度，有利于热能转化为电能。属于温差电池制造的技术领域。
背景技术
温差电池是指使用热电材料直接将热能转换成电能的技术。将P型(富含空穴的热电半导体材料)和将N型(富含电子的热电半导体材料)一端连接并置于高温环境中，另一端引出两个电极并置于低温环境中，由于高温端热激发作用较强，使得高温端与低温端的载流子浓度存在梯度，在载流子浓度梯度多的驱使下，载流子由高温端流向低温端，从而在低温端的两个电极之间形成一定的电动势。这就是热电材料的塞贝克效应。
目前所用的温差电池效率较低，主要的原因有两个方面：(1)目前所使用的热电半导体材料本身将热能转化为电能的效率较差，也就是塞贝克系数较小，即要想获得一定的电压，必须使高温端的温度足够高或者在低温端加上必要的散热降温装置或结构以获得足够的温度梯度；(2)电池电腿较短，甚至达到微米级，很难在传统结构上获得较大的温度梯度。这极大地限制了温差电池的应用。
发明内容
技术问题：本发明的目的是设计一种能够获得较大温度梯度的串联电腿结构温差电池，解决传统温差电池难以获得较大温度梯度的问题，以达到优化温差电池的性能的目的。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的方案为：在柔性或非柔性衬底上，将有热电效应的半导体材料制作成p-n热电腿对，将热电腿对分成两段或多段，并用导电性良好的金属材料将其连接，增加冷热端的距离，扩大冷热端温差，有效地提高将热能转化成电能的能力。
本发明的串联电腿结构温差电池具体为：在基底上，该电池的高温端电极与低温端电极之间连接有N型电腿，高温端电极与另一个低温端电极之间连接有P型电腿，N型电腿和P型电腿的热电材料分成两段或多段，中间以金属相连。所述的N型电腿、P型电腿和金属是线状、带状或者薄膜。
所述的温差电池制备于柔性或非柔性衬底上。
所述的N型电腿或P型电腿是一对p-n热电腿构成，或多对p-n热电腿串联而成。
有益效果：由于该温差电池是以电池本身结构获得较大的温度梯度，因此，对于任何温度梯度的工作环境，它都可以通过调节电腿段与段之间的距离来适应，非常有利于推广应用。相比传统的温差电池，本发明中的电池可以应用的场合要广泛得多。
附图说明
图1是一对串联电腿结构温差电池结构示意图。
图2是一对电腿分多段串联温差电池结构图。
图3是多对电腿分两段串联温差电池结构图。
图4是多对电腿分多段串联温差电池结构图。
其中有：N型电腿1，P型电腿2，高温端电极31，低温端电极32，金属4，基底5。
具体实施方式
本发明的一种串联电腿结构温差电池，在基底5上，该电池的高温端电极31与低温端电极32之间连接有N型电腿1，高温端电极31与另一个低温端电极32之间连接有P型电腿2，N型电腿1和P型电腿2的热电材料分成两段或多段，中间以金属4相连。所述的N型电腿1或P型电腿2是一对p-n热电腿构成，或多对p-n热电腿串联而成。
实施例1
1、选取石英片为衬底；
2、在衬底上面采用热蒸发的方法制备两段宽度5毫米长度1厘米的铋碲硒热电薄膜，中间距离为1厘米；
3、采用同样方法制备两段5毫米长度1厘米的铋锑碲热电薄膜，中间距离为1厘米；
4、采用热蒸发法制备连接铋碲硒薄膜的铜薄膜和连接铋锑碲薄膜的铜薄膜；
5、采用蒸发法制备冷端与热端电极。
实施例2(附图3)
1、选取聚酰亚胺薄膜为柔性衬底
2、在衬底上面采用热蒸发的方法制备两段宽度5毫米长度1厘米的硒化铋热电薄膜，中间距离为1厘米；
3、采用同样方法制备两段5毫米长度1厘米的碲化锑热电薄膜，中间距离为1厘米；
4、采用热蒸发法制备连接硒化铋薄膜的铜薄膜和连接碲化锑薄膜的铜薄膜；
5、采用蒸发法制备冷端与热端电极。
实施例3
1、选取石英片为衬底；
2、在衬底上面采用分子束外延的方法制备两段宽度5毫米长度1厘米的硅锗热电薄膜，中间距离为1厘米；
3、采用激光闪光法制备两段5毫米长度1厘米的硅铁热电薄膜，中间距离为1厘米；
4、采用热蒸发法制备连接硅锗薄膜的铜薄膜和连接硅铁薄膜的铜薄膜；
5、采用蒸发法制备冷端与热端电极。
实施例4
1、选取石英片为衬底；
2、在衬底上面采用磁控溅射的方法制备两段宽度5毫米长度1厘米的硅镁合金热电薄膜，中间距离为1厘米；
3、采用磁控溅射法制备两段5毫米长度1厘米的硅锰合金热电薄膜，中间距离为1厘米；
4、采用热蒸发法制备连接硅镁合金薄膜的铜薄膜和连接硅锰合金薄膜的铜薄膜；
5、采用蒸发法制备冷端与热端电极。
实施例5
1、选取聚酰亚胺为衬底；
2、在衬底上面采用闪蒸的方法分别制备两种原子比例不同的铋锑碲薄膜，每种薄膜分为两段宽度5毫米长度1厘米的薄膜，中间距离为1厘米；
3、采用热蒸发法制备连接连接铋锑碲薄膜的铜薄膜；
4、采用蒸发法制备冷端与热端电极。
实施例6
1、选取氧化铝为衬底；
2、在衬底上面采用丝网印刷技术的方法制备五段钴酸钙和五段氧化铟锌厚膜，每段厚膜的尺寸为长2厘米，宽1厘米，间距为1厘米；
3、采用热蒸发法制备连接连接铋锑碲薄膜的铜薄膜；
4、采用蒸发法制备冷端与热端电极。
Claims (4)
1.一种串联电腿结构温差电池，其特征在于：在基底(5)上，该电池的高温端电极(31)与低温端电极(32)之间连接有N型电腿(1)，高温端电极(31)与另一个低温端电极(32)之间连接有P型电腿(2)，N型电腿(1)和P型电腿(2)的热电材料分成两段或多段，中间以金属(4)相连。
2.根据权利要求1所述的串联电腿结构温差电池，其特征在于：所述的N型电腿(1)、P型电腿(2)和金属(4)是线状、带状或者薄膜。
3.根据权利要求1所述的串联电腿结构温差电池，其特征在于：所述的温差电池制备于柔性或非柔性衬底上。
4.根据权利要求1所述的串联电腿结构温差电池，其特征在于：所述的N型电腿(1)或P型电腿(2)是一对p-n热电腿构成，或多对p-n热电腿串联而成。
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