CN107816378A - 一种石墨烯型发动机尾气净化与双发电一体化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种石墨烯型发动机尾气净化与双发电一体化装置，包括：三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体；所述三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体包括：三维多孔石墨烯集热与催化器、三维多孔石墨烯非对称性扰流阵列板、微纳米结构层、可伸缩弹性尾气绝热筒；所述三维多孔石墨烯集热与催化器包括三维多孔石墨烯、相变储热材料、尾气通道、尾气净化催化剂层；上层三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体底部装配的微纳米结构层与下层三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体顶部装配的微纳米结构层叠置相对应，并与三维多孔石墨烯非对称性扰流阵列板、可伸缩弹性尾气绝热筒共同构成叠层摩擦式纳米发电器结构。
Description
技术领域
本发明涉及发动机及尾气净化与尾气热电发电领域，更具体地说，涉及一种石墨烯型发动机尾气净化与双发电一体化装置。
背景技术
目前，大多数汽车和船舶的发动机仍以内燃机驱动为主，发动机燃料燃烧所释放的能量只有一部分用于做机械功，其余的尾气能量都以一部分废热形式被冷却水吸收，另一部分通过排气管直接排到大气中，由此可见，发动机尾气的非控制性排放，即会造成发动机尾气废热能量的浪费，也会造成尾气中有害物质对环境污染问题。当前发动机尾气净化催化剂的使用，可以改善尾气对大气的污染，但是还存在系列技术问题有待解决，例如：(1)发动机冷启动问题：当前大多数催化剂高温活性较好，低温活性较差，发动机尾气中60％-80％的有毒气体是在冷启动2分钟内产生的，因此带来了发动机冷启动问题；(2)催化剂热失效问题：催化剂热老化是指在高温作用下发生烧结和晶粒长大，中间层和贵金属晶体表面积都会缩小，导致活性下降。
如何进一步提高尾气催化剂的工作热稳定性和催化剂净化效果，如何解决由于发动机冷启动带来的污染，如何进一步增强尾气热量发电效率等，这些都极待人们去解决。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种石墨烯型发动机尾气净化与双发电一体化装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种石墨烯型发动机尾气净化与双发电一体化装置，包括三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体；所述三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体包括：三维多孔石墨烯集热与催化器、三维多孔石墨烯非对称性扰流阵列板、半导体热电装置、微纳米结构层、可伸缩弹性尾气绝热筒、冷却循环水通道、导热绝缘层；所述三维多孔石墨烯集热与催化器包括：三维多孔石墨烯、尾气通道、尾气净化催化剂层，所述三维多孔石墨烯的多孔中组装相变储热材料，并构成中空形态的所述尾气通道；所述尾气通道表面覆盖所述尾气净化催化剂层；所述三维多孔石墨烯非对称性扰流阵列板包括：三维多孔石墨烯、尾气净化催化剂；所述尾气净化催化剂组装在三维多孔石墨烯的孔洞及表面；所述三维多孔石墨烯非对称性扰流阵列板装配在所述尾气通道中，并固定在所述尾气通道侧面；所述半导体热电装置，包括：半导体热电片、半导体热电片电流控制器；所述半导体热电装置装配在所述三维多孔石墨烯集热与催化器的顶部、底部或侧面；装配在所述三维多孔石墨烯集热与催化器的顶部或底部的半导体热电装置的热端通过所述导热绝缘层与所述三维多孔石墨烯集热与催化器上端或下端相连接，其冷端通过导热绝缘层与所述冷却循环水通道相连接；装配在所述三维多孔石墨烯集热与催化器的侧面的半导体热电装置的热端通过顶端导热绝缘层与所述三维多孔石墨烯非对称性扰流阵列板相连接，其冷端通过所述导热绝缘层与所述冷却循环水通道相连接；所述可伸缩弹性尾气绝热筒，包括：可伸缩弹性尾气进口绝热筒、可伸缩弹性尾气出口绝热筒，并分别对应装配在所述三维多孔石墨烯集热与催化器的两侧端面；所述微纳米结构层装配在三维多孔石墨烯集热与催化器的底部或顶部；所述三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体包括：上层三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体、下层三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体；所述上层三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体底部装配的所述微纳米结构层与下层三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体顶部装配的微纳米结构层叠置相对应，并与所述三维多孔石墨烯非对称性扰流阵列板、可伸缩弹性尾气绝热筒共同构成叠层摩擦式纳米发电器结构；装置整体构成具有石墨烯型发动机尾气净化、半导体热电热泵供热、半导体热电温差发电、摩擦式纳米发电多功能综合效果的一体化结构。
上述方案中，所述三维多孔石墨烯非对称性扰流阵列板形态包括：三维多孔石墨烯非对称性扰流平面型阵列板、三维多孔石墨烯非对称性扰流曲面型阵列板或三维多孔石墨烯非对称性扰流波浪型阵列板；所述上层三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体和下层三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体分别采用不同形态的三维多孔石墨烯非对称性扰流阵列板，以便强化尾气气流所形成的非对称性振动或摩擦移动，达到增强摩擦式纳米发电效率。
上述方案中，所述三维多孔石墨烯集热与催化器中的三维多孔石墨烯包括：三维多孔石墨烯海绵、三维多孔石墨烯水凝胶、三维多孔石墨烯气凝胶、三维多孔石墨烯泡沫或三维多孔氧化石墨烯组装体，并向其中添加石墨烯纳米片、纳米碳管或纳米材料构成导热加强型三维多孔石墨烯复合材料；所述三维多孔石墨烯组装相变储热材料方式包括：针对三维多孔石墨烯表面及孔洞进行物理或化学修饰，以及采用的组装方法包括：吸附法、真空浸渍法、分子灌注法、电沉积法、溶剂水热法、化学气相沉积法、溶胶凝胶法、原位聚合法、氧化石墨烯包覆法、定向流动组装法、气液界面自组装法或冷冻干燥法。
上述方案中，所述微纳米结构层采用微纳米线、微纳米棒、微纳米管、微纳米球、微纳米颗粒、微纳米沟槽、微纳米锥、微纳米复合材料、微纳米结构图案、微纳米编织物或不同摩擦电极序微纳米聚合物形成。
上述方案中，所述尾气净化催化剂层中的催化剂包括：RtRh催化剂、RtRhPd催化剂、全Pd(钯)催化剂、稀土CeO、La2O3催化剂或稀土复合型催化剂。
上述方案中，所述半导体热电装置采用的材料，包括：金属硅化物型热电材料、纳米超晶格热电材料、电子晶体-声子玻璃热电材料、钴基氧化物热电材料、超晶格薄膜热电材料、Skuttellldite热电材料、Bi2Te3热电材料或PbTe中添加SrTe和Na热电材料。
上述方案中，还包括：智能控制器、蓄电池、温度传感器；所述温度传感器、半导体热电片电流控制器、蓄电池均与所述智能控制器相连接。
本发明提供的石墨烯型发动机尾气净化与双发电一体化装置的工作过程如下：
在智能控制器的启动工作指令下，半导体热电装置处于热电热泵供热工作状态，半导体热电片电流控制器向半导体热电装置的半导体热电片提供工作电流；三维多孔石墨烯集热与催化器和三维多孔石墨烯非对称性扰流阵列板的温度升高；三维多孔石墨烯集热与催化器中组装的相变储热材料，储存半导体热电片提供热量，使装置所处温度升高后驱于稳定，克服了传统发电机由于低温启动带来的污染问题；温度传感器测定装置工作温度，并将温度信息传输给智能控制器；当装置工作温度达到催化剂所需工作温度时，智能控制器发出发动机尾气净化工作指令，半导体热电片电流控制器停止向半导体热电装置的半导体热电片提供工作电流；发动机开始启动运转工作，半导体热电装置转入半导体热电温差发电工作阶段；发动机进行运转时尾气进入三维多孔石墨烯集热与催化器的中空形态尾气通道；装配在中空形态尾气通道中的三维多孔石墨烯非对称性扰流阵列板，对发动机尾气产生非对称性扰流、集热和传热作用；装配在三维多孔石墨烯集热与催化器内表面的尾气净化催化剂层和三维多孔石墨烯非对称性扰流阵列板的尾气净化催化剂层，对发动机尾气协同产生净化作用；由于装置中的三维多孔石墨烯具有良好的导热作用，能够将发动机尾气热量通过导热绝缘层传输给半导体热电装置的热端；半导体热电装置的冷端通过导热绝缘层与冷却循环水通道相连接；半导体热电装置开始进行半导体热电温差发电工作状态。
当发动机开始运转工作时，发动机尾气分别通过上层三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体的中空形态尾气通道、下层三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体的中空形态尾气通道，由于上层三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体、下层三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体分别装配了不同类型的三维多孔石墨烯非对称性扰流阵列板，因此在三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体两端的可伸缩弹性尾气进口绝热筒、可伸缩弹性尾气出口绝热筒协同作用下，上层三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体、下层三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体产生非对称性振动或相对摩擦移动；装配在上层三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体底部的微纳米结构与上层三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体顶部的微纳米结构，也产生非对称性振动或相对摩擦移动，形成强烈的摩擦式纳米发电效应。装置整体则产生半导体热电温差发电与摩擦式纳米发电的双发电效果。
因此，石墨烯型发动机尾气净化与双发电一体化装置具有发动机尾气净化、半导体热电热泵供热、半导体热电温差发电、摩擦式纳米发电多功能综合效应。
实施本发明的石墨烯型发动机尾气净化与双发电一体化装置具有以下有益效果：
a、本发明装置的三维多孔石墨烯集热与催化器采用了三维多孔石墨烯，充分利用了三维多孔石墨烯具有优良的集热、导热和稳定性高，以及便于组装相变储热材料和净化催化剂的性质；三维多孔石墨烯组装相变储热材料与净化催化剂相组合，能够使装置工作温度稳定，能够克服净化催化剂的高温老化问题，提高尾气催化剂的工作热稳定性和催化剂净化效果；三维多孔石墨烯集热与半导体热电装置相组合，三维多孔石墨烯能够快速将热量传输到半导体热电装置热端，提高了半导体热电温差发电效率；三维多孔石墨烯集热与催化器同时具有尾气净化与半导体热电温差发电的双重功能。
b、本发明采用将智能控制器与半导体热电装置、温度传感器和蓄电池相连接，因此半导体热电装置具有两重功能：(1)采用半导体热电热泵供热功能，能够提高三维多孔石墨烯集热与催化器启动工作时的温度，能够克服传统发动机在冷启动时存在的尾气污染问题；(2)采用半导体热电温差发电功能，能够充分利用发动机尾气余热能量。
c、本发明采用了三维多孔石墨烯非对称性扰流阵列板，能够对发动机尾气产生非对称性扰流、集热和传热作用；装配的三维多孔石墨烯非对称性扰流阵列板组装了尾气净化催化剂层，能够对发动机尾气协同产生净化作用；装置中的三维多孔石墨烯具有良好的导热作用，将发动机尾气热量通过导热绝缘层快速传输给半导体热电装置的热端；有利于提高半导体热电温差发电工作效率。
d、本发明采用了上层三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体、下层三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体；上层三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体底部装配的微纳米结构层与下层三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体顶部装配的微纳米结构层叠置相对应，并与三维多孔石墨烯非对称性扰流阵列板、可伸缩弹性尾气绝热筒共同构成叠层摩擦式纳米发电器结构，提高了装置摩擦式纳米发电效率。
e、本发明石墨烯型发动机尾气净化与双发电一体化装置具有发动机尾气净化、半导体热电热泵供热、半导体热电温差发电、摩擦式纳米发电多功能综合效果，并具有一体化结构，有利于广泛推广采用。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明石墨烯型发动机尾气净化与双发电一体化装置结构示意图。
图2是本发明装置ABCD部分放大后的结构示意图。
图3是本发明装置中下层三维多孔石墨烯非对称性扰流阵列板的结构示意图。
其中：上层三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体1、下层三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体2、上层三维多孔石墨烯集热与催化器3、上层三维多孔石墨烯非对称性扰流阵列板4、上层半导体热电装置5、上层微纳米结构层6、上层可伸缩弹性尾气进口绝热筒7、上层可伸缩弹性尾气出口绝热筒8、上层冷却循环水通道9、上层导热绝缘层10、上层温度传感器11、上层半导体热电片电流控制器12、下层三维多孔石墨烯集热与催化器13、下层三维多孔石墨烯非对称性扰流阵列板14、下层半导体热电装置15、下层微纳米结构层16、下层可伸缩弹性尾气进口绝热筒17、下层可伸缩弹性尾气出口绝热筒18、下层冷却循环水通道19、下层导热绝缘层20、下层温度传感器21、下层半导体热电片电流控制器22、上层尾气通道23、下层尾气通道24、侧面半导体热电装置25、上层电极26、下层电极27。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
本发明石墨烯型发动机尾气净化与双发电一体化装置的实施例结构示意图，见图1；装置ABCD部分放大后的结构示意图，见图2；下层三维多孔石墨烯非对称性扰流阵列板的结构示意图，见图3。
本发明石墨烯型发动机尾气净化与双发电一体化装置包括：上层三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体1、下层三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体2；所述上层三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体1与下层三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体2为对称结构(见图1、图2)。
所述上层三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体1包括：上层三维多孔石墨烯集热与催化器3、上层三维多孔石墨烯非对称性扰流阵列板4、上层半导体热电装置5、上层微纳米结构层6、上层可伸缩弹性尾气进口绝热筒7、上层可伸缩弹性尾气出口绝热筒8、上层冷却循环水通道9、上层导热绝缘层10、上层温度传感器11、上层半导体热电片电流控制器12。
所述下层三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体2包括：下层三维多孔石墨烯集热与催化器13、下层三维多孔石墨烯非对称性扰流阵列板14、下层半导体热电装置15、下层微纳米结构层16、下层可伸缩弹性尾气进口绝热筒17、下层可伸缩弹性尾气出口绝热筒18、下层冷却循环水通道19、下层导热绝缘层20、下层温度传感器21、下层半导体热电片电流控制器22。
所述上层三维多孔石墨烯集热与催化器3包括：三维多孔石墨烯、上层尾气通道23、尾气净化催化剂层；所述三维多孔石墨烯的多孔中组装相变储热材料，并构成中空形态的所述上层尾气通道23；所述上层尾气通道23的表面覆盖所述尾气净化催化剂层；所述上层三维多孔石墨烯非对称性扰流阵列板4包括：三维多孔石墨烯、尾气净化催化剂；所述尾气净化催化剂组装在所述三维多孔石墨烯的孔洞及表面；所述上层三维多孔石墨烯非对称性扰流阵列板4装配在所述上层尾气通道23中，并固定在所述上层尾气通道23的侧面；所述上层半导体热电装置5，包括：半导体热电片、上层半导体热电片电流控制器12；所述上层半导体热电装置5分别装配在所述三维多孔石墨烯集热与催化器3的顶部、底部或侧面，装配在侧面的半导体热电装置为侧面半导体热电装置25；装配在所述三维多孔石墨烯集热与催化器3的顶部或底部的半导体热电装置5的热端通过所述上层导热绝缘层10与所述三维多孔石墨烯集热与催化器3的上端或下端相连接，其冷端通过所述上层导热绝缘层10与所述上层冷却循环水通道9相连接；所述侧面半导体热电装置25的热端通过所述上层导热绝缘层10与所述上层三维多孔石墨烯非对称性扰流阵列板4相连接，其冷端通过所述上层导热绝缘层10与所述上层冷却循环水通道9相连接；所述上层可伸缩弹性尾气绝热筒包括：上层可伸缩弹性尾气进口绝热筒7、上层可伸缩弹性尾气出口绝热筒8，并分别装配在所述上层三维多孔石墨烯集热与催化器3的两侧端面；所述上层微纳米结构层6分别装配在所述上层三维多孔石墨烯集热与催化器3的底部或顶部；所述下层三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体2与上层三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体1为对称结构。
所述上层三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体1底部装配的所述上层微纳米结构层6与所述下层三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体2顶部装配的下层微纳米结构层16叠置相对应，并与所述上层三维多孔石墨烯非对称性扰流阵列板4和所述下层三维多孔石墨烯非对称性扰流阵列板14、上层可伸缩弹性尾气进口绝热筒7、上层可伸缩弹性尾气出口绝热筒8、下层可伸缩弹性尾气进口绝热筒17、下层可伸缩弹性尾气出口绝热筒18共同构成叠层摩擦式纳米发电器结构；整体构成具有石墨烯型发动机尾气净化、半导体热电热泵供热、半导体热电温差发电、摩擦式纳米发电多功能综合效果的一体化结构。
所述上层三维多孔石墨烯非对称性扰流阵列板4为三维多孔石墨烯非对称性扰流波浪型阵列板；所述下层三维多孔石墨烯非对称性扰流阵列板14为三维多孔石墨烯非对称性扰流平面型阵列板(见图2)；所述上层三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体1和下层三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体2分别采用不同形态的三维多孔石墨烯非对称性扰流阵列板，以便强化尾气气流所形成的非对称性振动或摩擦移动，达到增强摩擦式纳米发电效率。
所述上层三维多孔石墨烯集热与催化器3和所述下层三维多孔石墨烯集热与催化器13中的三维多孔石墨烯采用：三维多孔石墨烯海绵组装体，并向其中添加石墨烯纳米片，构成导热加强型三维多孔石墨烯复合材料；将三维多孔石墨烯复合材料组装体表面及孔洞进行物理化学修饰，并组装相变储热材料。所述上层微纳米结构层6和所述下层微纳米结构层16采用微纳米结构图案以及不同摩擦电极序微纳米聚合物。所述尾气净化催化剂层中的催化剂采用RtRhPd催化剂。所述半导体热电装置采用的材料为Bi2Te3热电材料。
所述石墨烯型发动机尾气净化与双发电一体化装置还包括：智能控制器、蓄电池；所述上层温度传感器11和所述下层温度传感器21、所述上层半导体热电片电流控制器12和所述下层半导体热电片电流控制器22、蓄电池均与所述智能控制器相连接，并由所述智能控制器统一调控。
本实施例装置工作过程如下：
在智能控制器的启动工作指令下，所述上层半导体热电装置5、所述下层半导体热电装置15、侧面半导体热电装置25处于热电热泵供热工作状态，所述上层半导体热电片电流控制器12和所述下层半导体热电片电流控制器22分别向对应的所述上层半导体热电装置5、所述下层半导体热电装置15或侧面半导体热电装置25的半导体热电片提供工作电流；所述上层三维多孔石墨烯集热与催化器3与所述下层三维多孔石墨烯集热与催化器13和所述上层三维多孔石墨烯非对称性扰流阵列板4和所述下层三维多孔石墨烯非对称性扰流阵列板14的温度升高；所述上层三维多孔石墨烯集热与催化器3与所述下层三维多孔石墨烯集热与催化器13中组装的相变储热材料，储存半导体热电片提供热量，使装置所处温度升高后驱于稳定，来克服传统发电机由于低温启动带来的污染问题；所述上层温度传感器11和下层温度传感器21测定装置工作温度，并将温度信息传输给所述智能控制器；当装置工作温度达到催化剂所需工作温度时，所述智能控制器发出发动机尾气净化工作指令，所述上层半导体热电片电流控制器12和所述下层半导体热电片电流控制器22停止向所述上层半导体热电装置5、下层半导体热电装置15、侧面半导体热电装置25的半导体热电片提供工作电流；智能控制器指令发动机开始启动运转工作，所述上层半导体热电装置5、下层半导体热电装置15、侧面半导体热电装置25转入半导体热电温差发电工作阶段；发动机进行运转时尾气进入所述上层尾气通道23和所述下层尾气通道24；所述上层三维多孔石墨烯非对称性扰流阵列板4和所述下层三维多孔石墨烯非对称性扰流阵列板14，对发动机尾气产生非对称性扰流、集热和传热作用；装配在所述上层三维多孔石墨烯集热与催化器3和下层三维多孔石墨烯集热与催化器13内表面的尾气净化催化剂层和所述上层三维多孔石墨烯非对称性扰流阵列板4和所述下层三维多孔石墨烯非对称性扰流阵列板14的尾气净化催化剂层，对发动机尾气协同产生净化作用；由于装置中的三维多孔石墨烯为导热加强型三维多孔石墨烯复合材料，因此具有良好的导热作用，能够将发动机尾气热量通过导热绝缘层传输给所述上层半导体热电装置5、下层半导体热电装置15、侧面半导体热电装置25的热端；其对应的冷端分别通过所述上层导热绝缘层10和下层导热绝缘层20与所述上层冷却循环水通道9和下层冷却循环水通道19相连接；所述上层半导体热电装置5、下层半导体热电装置15、侧面半导体热电装置25开始进入半导体热电温差发电工作状态。
当发动机开始运转工作时，发动机尾气分别通过所述上层尾气通道23、下层尾气通道24；由于上层三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体1、下层三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体2分别装配了不同类型的上层三维多孔石墨烯非对称性扰流阵列板4和下层三维多孔石墨烯非对称性扰流阵列板14，因此在所述上层三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体1和下层三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体2两端的上层可伸缩弹性尾气进口绝热筒7和下层可伸缩弹性尾气进口绝热筒17、上层可伸缩弹性尾气出口绝热筒8和下可伸缩弹性尾气出口绝热筒18协同作用下，所述上层三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体1、下层三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体2产生非对称性振动或相对摩擦移动；装配在上层三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体1底部的上层微纳米结构层6与下层三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体2顶部的下层微纳米结构层16，也产生非对称性振动或相对摩擦移动，形成强烈的摩擦式纳米发电效应；通过摩擦式纳米发电上层电极26与摩擦式纳米发电下层电极27，将摩擦式纳米发电产生的电量输出供给蓄电池。装置整体则产生半导体热电温差发电与摩擦式纳米发电的双发电效果。
因此，石墨烯型发动机尾气净化与双发电一体化装置具有发动机尾气净化、半导体热电热泵供热、半导体热电温差发电、摩擦式纳米发电多功能综合效应。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (7)
1.一种石墨烯型发动机尾气净化与双发电一体化装置，其特征在于，包括三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体；所述三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体包括：三维多孔石墨烯集热与催化器、三维多孔石墨烯非对称性扰流阵列板、半导体热电装置、微纳米结构层、可伸缩弹性尾气绝热筒、冷却循环水通道、导热绝缘层；所述三维多孔石墨烯集热与催化器包括：三维多孔石墨烯、尾气通道、尾气净化催化剂层，所述三维多孔石墨烯的多孔中组装相变储热材料，并构成中空形态的所述尾气通道；所述尾气通道表面覆盖所述尾气净化催化剂层；所述三维多孔石墨烯非对称性扰流阵列板包括：三维多孔石墨烯、尾气净化催化剂；所述尾气净化催化剂组装在三维多孔石墨烯的孔洞及表面；所述三维多孔石墨烯非对称性扰流阵列板装配在所述尾气通道中，并固定在所述尾气通道的侧面；所述半导体热电装置包括：半导体热电片、半导体热电片电流控制器；所述半导体热电装置装配在所述三维多孔石墨烯集热与催化器的顶部、底部或侧面；装配在所述三维多孔石墨烯集热与催化器的顶部或底部的所述半导体热电装置的热端通过导热绝缘层与所述三维多孔石墨烯集热与催化器上端或下端相连接，其冷端通过导热绝缘层与冷却循环水通道相连接；装配在所述三维多孔石墨烯集热与催化器的侧面的所述半导体热电装置热端通过所述导热绝缘层与所述三维多孔石墨烯非对称性扰流阵列板相连接，其冷端通过所述导热绝缘层与所述冷却循环水通道相连接；所述可伸缩弹性尾气绝热筒包括：可伸缩弹性尾气进口绝热筒、可伸缩弹性尾气出口绝热筒，并分别对应装配在所述三维多孔石墨烯集热与催化器的两侧端面；所述微纳米结构层装配在所述三维多孔石墨烯集热与催化器的底部或顶部；所述三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体包括：上层三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体、下层三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体；所述上层三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体底部装配的所述微纳米结构层与下层三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体顶部装配的所述微纳米结构层叠置相对应，并与所述三维多孔石墨烯非对称性扰流阵列板、可伸缩弹性尾气绝热筒共同构成叠层摩擦式纳米发电器结构。
2.根据权利要求1所述的石墨烯型发动机尾气净化与双发电一体化装置，其特征在于，所述三维多孔石墨烯非对称性扰流阵列板形态包括：三维多孔石墨烯非对称性扰流平面型阵列板、三维多孔石墨烯非对称性扰流曲面型阵列板或三维多孔石墨烯非对称性扰流波浪型阵列板；所述上层三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体和下层三维多孔石墨烯尾气净化与发电复合体分别采用不同形态的所述三维多孔石墨烯非对称性扰流阵列板。
3.根据权利要求1所述的石墨烯型发动机尾气净化与双发电一体化装置，其特征在于，所述三维多孔石墨烯集热与催化器中的三维多孔石墨烯包括：三维多孔石墨烯海绵、三维多孔石墨烯水凝胶、三维多孔石墨烯气凝胶、三维多孔石墨烯泡沫或三维多孔氧化石墨烯组装体，并向其中添加石墨烯纳米片、纳米碳管或纳米材料构成导热加强型三维多孔石墨烯复合材料；所述三维多孔石墨烯组装相变储热材料的方式包括：针对三维多孔石墨烯表面及孔洞进行物理或化学修饰，以及采用的组装方法包括：吸附法、真空浸渍法、分子灌注法、电沉积法、溶剂水热法、化学气相沉积法、溶胶凝胶法、原位聚合法、氧化石墨烯包覆法、定向流动组装法、气液界面自组装法或冷冻干燥法。
4.根据权利要求1所述的石墨烯型发动机尾气净化与双发电一体化装置，其特征在于，所述微纳米结构层采用微纳米线、微纳米棒、微纳米管、微纳米球、微纳米颗粒、微纳米沟槽、微纳米锥、微纳米复合材料、微纳米结构图案、微纳米编织物或不同摩擦电极序微纳米聚合物形成。
5.根据权利要求1所述的石墨烯型发动机尾气净化与双发电一体化装置，其特征在于，所述尾气净化催化剂层中的催化剂包括：RtRh催化剂、RtRhPd催化剂、全Pd(钯)催化剂、稀土CeO、La2O3催化剂或稀土复合型催化剂。
6.根据权利要求1所述的石墨烯型发动机尾气净化与双发电一体化装置，其特征在于，所述半导体热电装置采用的材料包括：金属硅化物型热电材料、纳米超晶格热电材料、电子晶体-声子玻璃热电材料、钴基氧化物热电材料、超晶格薄膜热电材料、Skuttellldite热电材料、Bi2Te3热电材料或PbTe中添加SrTe和Na热电材料。
7.根据权利要求1所述的石墨烯型发动机尾气净化与双发电一体化装置，其特征在于，还包括：智能控制器、蓄电池、温度传感器；所述温度传感器、半导体热电片电流控制器、蓄电池均与所述智能控制器相连接。
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