KR960000192B1 - 발전소자 - Google Patents

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KR960000192B1
KR960000192B1 KR1019920022265A KR920022265A KR960000192B1 KR 960000192 B1 KR960000192 B1 KR 960000192B1 KR 1019920022265 A KR1019920022265 A KR 1019920022265A KR 920022265 A KR920022265 A KR 920022265A KR 960000192 B1 KR960000192 B1 KR 960000192B1
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시게유끼 야스다
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Abstract

내용 없음.

Description

발전소자
제1도는 본 발명의 실시예 1의 구성을 나타내는 단면도.
제2도는 발전소자의 기전력과 온도와의 관계를 나타내는 그래프.
제3도는 양극간의 단락전류와 온도의 관계를 나타내는 그래프.
제4도는 실험에 사용한 액상 발전소자의 종단 정면도.
제5도는 액상 발전소자의 종단 측면도.
제6도는 염화리튬-폴리에틸렌 글리콜(#300)계로된 액상소자(양극 : 흑연판·음극 : 동판)의 단락전류와 온도와의 관계를 나타내는 그래프.
제7도는 폴리에틸렌 글리콜(#300)에 거의 동등몰 농도의 염화 리튬, 염화나트륨, 염화칼륨을 첨가한 3가지계의 액상소자(양극 : 흑연판·음극 : 동판)의 기전력과 온도와의 관계를 나타내는 그래프.
제8도는 폴리에틸렌 글리콜(#300)에 거의 동등몰 농도의 염화리튬, 염화나트륨, 염화칼륨을 첨가한 3가지계의 액상소자(양극 : 흑연판·음극 : 동판)의 단락전류와 온도와의 관계를 나타내는 그래프.
제9도는 1중량%의 염화리튬-폴리에틸렌글리콜(#300)계의 액상소자(#300)계의 액상소자(양극 : 흑연판·음극 :동판)의 단락전류와 경과시간과의 관계를 나타내는 그래프.
제10도는 본 발명의 실시예 2-5에 있어서의 발전소자의 단면도.
제11도는 본 발명의 실시예 2에 있어서의 발전소자의 기전력과 온도와의 관계(0) 및 단락전류밀도와 온도와의 관계(△)를 나타내는 그래프.
제12도는 본 발명의 실시예 3에 있어서의 발전소자의 기전력과 온도와의 관계(0) 및 단락전류밀도와 온도와의 관계(△)를 나타내는 그래프.
제13도는 본 발명의 실시예 4에 있어서의 발전소자의 기전력과 온도와의 관계(0) 및 단락전류밀도와 온도와의 관계(△)를 나타내는 그래프.
제14도는 본 발명의 실시예 5에 있어서의 발전소자의 기전력과 온도와의 관계(0) 및 단락전류 밀도와 온도와의 관계(△)를 나타내는 그래프.
제15도는 본 발명의 실시예 6에 있어서의 발전소자의 기전력과 온도와의 관계를 나타내는 그래프.
제16도는 양극간의 단락전류와 온도와의 관계를 나타내는 그래프.
제17도는 본 발명의 실시예 7에 있어서의 발전소자의 기전력과 온도와의 관계를 나타내는 그래프.
제18도는 양극간의 단락전류와 온도와의 관계를 나타내는 그래프.
제19도는 본 발명의 실시예 8의 구성을 나타내는 단면도.
제20도는 발전소자의 기전력과 온도와의 관계를 나타내는 그래프.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1,6 : 양극 2,9 : 음극
3,7,11 : 양극조성물 4,8,12 : 음극조성물
5,10 : 분리부재 13,14 : 외피
15,16 : 동전극 17,18 : 리이드선
30 : 시료병(액류기) 31 : 폴리에틸렌글리콜용액
32 : 동전극 33 : 흑연전극
34 : 폴리카르보네이트판 35 : 실리콘고무마개
36 : 교반체 37 : 핫 스터러
본 발명은 저온도의 열에너지를 효율적으로 전기에너지로 변환시킬 수 있는 발전소자에 관한 것이다.
근년에 에너지 자원의 다양화 지구환경보호등의 요청으로부터 소규모 발전에 제에벡 효과(SEEBECK EFFECT)를 이용한 열전기 발전소자에 의해 열전기 발전을 이용하는 것이 고려되고 있다.
이 열전기 발전은 예를들면 프로판등의 화석연료를 버어너로 연소시켜서 얻어진 ∼820K의 열원에 의해 PbTe계의 열전기 발전소자를 가열해서 제에벡 효과에 의해 열기 전력을 발생시키거나 혹은 화석연료를 백금촉매에 의해 서서히 연소시켜서 얻어진 ∼600K의 열원에 의해 BiTe계의 열전기 발전소자를 가열시키도록 한 것도 있다.
기타 화석연료이 보급이 곤란한 경우에는 원자로나 방사성 동위원소를 열원으로해서 SiGe계의 열전기 발전소자에 의해 열전기 발전하는 것이 고려되고 있다.
상기한 종래의 열전소자를 사용한 열전기 발전에서는 고온도의 열원을 필요로 해서 열전기 변환효율이 낮다고 하는 결점이 있다.
더구나, 고온도의 열원을 얻기위해 화석연료나 원자로 방사성·동위원소를 필요로하기 때문에 장지전체가 대형화해서 소형화 비용 저렴화의 요청에 부응할 수 없을 뿐 아니라 운전비용도 높게걸려 에너지 절약효과도 그리 기대할 수가 없다.
상기한 이외의 관련기술로서 태양의 광에너지를 광기전력 효과에 의해 전기에너지로 변환하는 태양 전지도 있으나 이 태양전지는 고가임과 동시에 태양광선이 닿는곳에서 밖에 사용할 수 없고, 광에너지 이외의 열에너지를 전기에너지로 변환할 수 없는 치명적인 결점이 있다.
더구나, 태양광선을 받기위해 넓은 면적을 필요로하고, 소형화, 비용저렴화의 요청에도 역행한다.
본 발명의 목적은 열원으로서 배기열등의 저온도의 열에너지를 이용할 수 있어서 그 저온도의 열에너지를 효율적으로 전기에너지로 변환할 수 있고 발전을 경제적인 것으로 해서 충분한 에너지절약 효과를 얻을 수 있음과 동시에 지구환경 보호에도 공헌할 수 있고, 더구나 장치 전체의 소형화 비용저렴화도 실현할 수 있는 발전소자를 제공하는데 있다.
본 발명자는 자기온도조절 면상 발열체로서의 폴리에틸렌글리콜-흑연계(이하, 「PG-GC계」로 약칭한다)의 연구를 게속하여 그 연구성과가 특히 제1647696호 (일본국 특공편 3-10203호) 등으로서 특허되어 있다.
그후, 이 PG-GC계의 도전기구를 해명하는 과정에서 GC로부터 PG에의 전자이동의 존재를 가정하면 이계의 스위칭이나 전류-전압의 관계를 설명할 수가 있다.
이 사실로부터 PG-GC계는 발전소자로서 기능할지도 모른다고 하는 발상이 생겨 실험을 행한바 예상 이상의 기전력, 단락전류를 발생시키는 발전소자를 발명하기에 이르렀다.
본 발명의 발전소자의 구성은 양음, 양쪽극 또는 어느쪽인가 한쪽의 국의 조성물의 주제를 유기화합물(폴리에틸렌 글리콜)로하고, 양극에 도전성물질(흑연 또는 흑연조성물)을 갖는 것이다.
이 발전소자에서는 양극측의 반응으로서 흑연으로부터 폴리에틸렌 글리콜로의 전자이동을 생각할 수가 있다.
GC+PG→GC++PG(et-)
여기서, PG는 폴리에틸렌글리콜, GC는 흑연이다.
종래에 이와 같은 반응은 알려지지 않았으나, 폴리에틸렌 글리콜로의 전자 이동을 나타내는 실험결과가 얻어져 있다.
한편, 음극측의 반응이지만 유도결합 고주파 플라즈마 분광분석(ICP분광분석)의 결과 LiCl(이온 도전성을 부여하는 염류)-폴리에틸렌 글리콜 용액중에 등(음극의 금속)이온이 존재하는 것이 확인되었다.
이 사실로부터 음극에서는 동이 전자를 전극내에 남기고, 양이온으로서 폴리에틸렌 글리콜 중에 용출하는 것으로 생각된다.
Cu→Cu++(또는 Cu+)+e-(전극내)
이 반응에 의해 동전극에 남겨진 전자가 외부회로로 흘러서 양극에 도달하고, 폴리에틸렌 글리콜 중으로 이동하는 것에 의해 외부전류가 흐르는 것으로 생각된다.
종래의 상식에서는 폴리에틸렌 글리콜중에 동이 용출하는 것은 생각하기 어려운 일이다.
본 발명에서 동이 용출하는 이유로서는 동이 이온으로서, 폴리에틸렌 글리콜에 배위된 쪽이 안정인가 혹은 양극에서의 전자의 이동에 의해 생긴 전위의 효과에 의해 동의 용출이 용이해지는 지도 모른다.
최초는 폴리에틸렌 글리콜의 열분해 생성물(알데히드, 케톤등의 카르보닐)이 동전극을 산화시켜서 동이온을 용출시킨다고 생각했으나 후술하는 실시예 1에 있어서 방전후의 폴리에틸렌 글리콜을 적외선 분광분석(FTIR)에 의해 측정하고, 미사용의 폴리에틸렌 글리콜의 측정결과와 비교한 결과 양자의 스펙트럼은 전혀 동일하고, 알데히드 케톤등의 열분해 생성물은 존재하지 않는 것이 확인되어 있다.
또 후술하는 실시예 1에서 상세히 설명하지만, 폴리에틸렌 글리콜에 대해 염화리튬, 염화나트륨, 염화칼륨를 몰농도가 거의 동등하게 되도록 첨가해서 기전력과 단락전류를 비교한바 3가지의 염의 계간에서는 거의 차이가 없었기 때문에 이들 염의 존재는 단순히 계의 도전성을 증가시키는 역할을 하고 있는데 지나지 않는다고 생각된다.
따라서, 염의 종류는 따지지 않고, 계에 도전성만 부여하면 무기산염 유기산염의 어느것이라도 된다.
단 용해도가 큰 염일수록 유리하다.
이상 이제까지 판명된 사실을 기초로 본 발전소자의 구성을 기술하면 유기화합물(폴리에틸렌 글리콜)과 도전성 물질(흑연)이 기본이며, 전해질로서는 계에 도전성을 부여하는 염류이면 어느 것이라도 좋다.
또, 전극은 양극에 흑연 또는 흑연 조성물을 갖고 음극은 이온화 경향이동과 동등하든가 그 보다도 큰 금속 또는 그 조성물로 형성되어 있으며 된다.
다시 또 양극과 음극과의 사이에 분리 부재를 개재시키면 발전소자를 박형화해도 양전극 끼리가 접촉하는 것을 분리 부재에 의해 확실히 방지할 수 있다.
또, 양극의 조성물에 2 산화방간등의 부활제를 첨가하면 전극반응을 효율적으로 진행시킬 수가 있다.
다시 또 음극에 이온화 경향이 높은 금속을 사용하면 기전력을 효율적으로 높일 수가 있다.
또, 극의 조성물을 부직포에 함침시키면 발전소자의 두께를 얇게 할 수가 있어서 내부저항을 감소시켜서 단락전류를 증가시킬 수가 있다.
더구나 부직포를 폴리에스테르 섬유등의 합성섬유로 형성하면 부직포의 섬유의 내부에 조성물이 스며들지 않게 되고 스며드는 것에 의한 조성물 성분의 농도의 변동을 방지할 수가 있다.
[실시예 1]
(A) 우선 제1도에 기초해서 실시예 1에 있어서의 발전소자의 개략 구성을 설명한다.
이 발전소자의 양극(1) 및 음극(2)는 다같이 동박에 의해 형성되어 있다.
양극 조성물(3)은 40중량%의 흑연(니시무라사의 흑연 90-300M)과 60 중량%의 폴리에틸렌 글리콜(다이이찌 고오교 세이야꾸사 6000)과를 가열 용융해서 폴리에스테르 섬유의 부직포에 함침시켜서 구성되어 있다.
이 양극 조성물(3)을 용융상태인때에 양극(1)에 밀착시키므로서 양극(1)에 접착되어 있다.
한편, 음극조성물(4)는 30중량%의 염화리튬(나까라이스데스크 특급시약)과 70중량%의 폴리에틸렌 글리콜(#1000)로 되고, 상술한 양극조성물(3)과 동일한 방법으로 음극(2)에 한쪽면을 접착시키고, 반대측의 면에 분리부재(5)로서 예를 들면 그라프트지를 접착해서 전체를 이 분리부재(5)로 둘러싸고 있다.
이 분리부재(5)로 둘러싸인 음극조성물(4)를 양극조성물(3)에 압착해서 소자 전체를 폴리에스테르 필름의 패키지(도시하지 않음)에 수납하고 있다.
이 발전소자의 치수는 폭 10mm, 길이 65mm, 두께 1mm이다.
이 발전소자를 가열판으로 약 0.45deg/분의 비율로 가열한때의 온도와 기전력과의 관계는 제2도와 같이 측정되었다.
이때, 전압 전류의 측정은 디지탈 멀티미터(다께 다사의 TR 6841 TR 6848)를 사용하고 온도의 측정은 디지탈 온도계(다까라사의 D611)을 사용했다.
이 제2도로부터 명백한 바와 같이 실온(20℃)에서 약 0.6V의 기전력이 발생하고, 이 기전력이 온도와 함께 서서히 증가해서 120℃ 부근에서 약 0.9V의 기전력이 얻어졌다.
한편, 이 발전소자의 단락전류는 제3도에 나타내는 바와 같이 실온(20℃)에서 수 10μA였으나, 110℃에서는 약 20mA까지 증가했다.
이 발전소자의 크기로 보아서 큰 단락전류가 얻어지는 것을 이해할 수 있고, 저 온도의 열에너지가 효율적으로 전기에너지로 변환되는 것이 확인되었다.
(B) 이 발전소자에 있어서의 발전기구를 해명하기 위해 액상 발전소자를 제작해서 실험했다.
이 액상 발전소자는 제4도 및 제5도에 나타내는 바와 같이 액류기인 라스제 시료병(30)(직경 35mm×높이 75mm)에 40g의 염화 라튬, 폴리에틸렌 글리콜(#300) 요액(31)를 넣어 폭 20mm×길이 65mm×두께 1mm의 동전극(32)와 같은 크기의 흑연 전극(33)과를 폴리카르보네이트판(34)에 고정하여 양전극(32),(33)간의 거리를 5mm로해서 실리콘 고무마게(35)로 시료병(30) 상부로부터 매단한 것이다.
이 상태에서 양전극(32)(33)의 액에 잠겨있는 깊이는 37mm이다. 이 시료병 (30)의 저부에 교반체(36)을 넣음과 동시에 시료병(30) 상부로부터 폴리에틸렌 튜브로 절연한 Pt온도센서(도시하지 않음)를 넣어두고 있다.
그리고, 이 시료병(30)을 핫스터러(37)상에 탑재시키고, 이 핫스터러(37)에서 발생한 회전자계에 의해 교반체(36)을 회전시켜서 시료병(30)내의 액을 교반하면서 핫스터러(37)로 0.45deg/분의 비율러 가열해서 각종 염화리튬 농도의 계외 단락전류와 온도와의 관계를 측정하고, 그 측정결과를 제6도에 나타낸다.
이 제6도에서 명백한 바와 같이 염화리튬이 포함되지 않은 순 폴리에틸렌 글리콜계의 단락전류는 (0)표시로 2점밖에 표시하고 있지 않지만 대단히 적은 것을 알 수가 있다.
또, 이 단락전류와 염농도와의 관계를는 복잡하지 않고, 단락전류는 온도와 염농도에 의존하고 있는 것을 알 수 있다.
이것은 단락전류가 전극반응과 내부저항에 의존하고 있기 때문이라고 생각된다.
(C) 발전소자에 대한 염화 알칼리의 종류의 영향
상기한 (B)와 같은 방법으로 폴리에틸렌 글리콜(#300)에 염화리튬, 염화나트륨, 염화칼륨을 첨가한 계의 기전력과 단락전류를 각종의 온도로 측정하여 그 측정결과를 제7도 제8도에 나타내고 있다.
이 경우 각 염의 몰농도가 거의 동일하게 하고 있다.
이들 제7도, 제8도로부터 알 수 있는 것은 3가지의 염의 계가에 기전력 단락전류의 차이는 거의 없는 것이다.
이것은 이들 염의 역할은 계에 도전성을 부여하는 것이며 희망하는 농도가 유지될 수 있으면 사용하는 염은 종류를 가리지 않는 것을 의미한다.
(D) 본 발전소자의 기전력, 단락전류와 온도와의 관계
제6도 및 제8도로부터 명백한 바와 같이 어느 경우도 온도가 상승하면 단락전류가 증가하는 경향이 있다.
그러나, 제7도에서 명백한 바와 같이 기전력은 고온측에서 저하하는 경향이 있다.
이들 데이터를 엄밀히 검토하면 기전력은 고온측에서 불균일이 있고, 또 염화리튬의 농도가 높은 경우에서 불균일이 생기는 경향이 있다.
이 원인으로서 고온측 및 고농도 측에서는 외부회로로 흐르는 방전 전류에는 관계가 없는 후술하는 방해반응(전류가 외부회로로 흐르지 않고, 음극으로부터 동 이온 용출되는 반응)이 존재하기 때문이라고 생각된다.
만약, 이 방해반응이 제거될 수 있으면 고온에 있어서의 기전력 단락 전류를 충분히 증가시킬 수 있는 가능성이 있다.
(E) 단락전류와 경과 시간과의 관계 및 그 후의 계의 분석
전기한 (B)와 같은 방법으로 1중량%의 염화리튬의 폴리에틸렌 글리콜(#300)을 일정온도(예를들면 111℃)로 유지하고, 단락전류를 일정시간 흘린때의 전류변화를 측정하고, 그 측정결과를 제9도에 나타내고 있다.
제9도로부터 명백한 바와 같이 초기에 전류가 크게 감쇠하지만 그후의 감쇠는 극단적으로 적게되어 있다.
결국, 1시간 방전후의 폴리에틸렌 글리콜 용액중의 동의 함유량은 ICP 분광분석에 의하여 510ppm이었다.
한편, 미사용의 폴리에틸렌 글리콜(#300)중의 동의양은 분석하계 이하(〉 0.5ppm)였다.
그래서, 제9도에서 계산되는 용출동의 계산치는 용출하는 것이 1가동이면 48 ppm, 2가동이면, 24ppm이다.
한편, 방전후의 폴리에틸렌 글리콜 용액과 미사용의 폴리에틸렌 글리콜과의 FTIR 스펙트럼에는 전혀 차이가 없었다.
그러나, 방전후에 자외선 가시분광분석(UV 분광분석)에 의해 UV 스펙트럼을 측정하고, 미사용의 것과 비교한바 방전후의 시료에는 2개의 피이크가 새로이 나타났다.
이 피이크는 단파장축의 366mm의 큰 피이크와 장파장축의 426nm의 적은 피이크이다.
이들 피이크는 전기화학 반응에 관계되어 있는 것인가 이것과는 무관계로 진행되는 열분해 생성물인가 혹은 용출한 동이온이 폴리에틸렌 글리콜에 배위한 생성물의 흡수인가 어떤가에 대해서는 금후의 검토과제이다. 최후에 용출한 동이온에 대해 검토한다.
제9도의 측정결과에 대해 2가동이 용출한 것으로 하면 전술한 바와같이 동의 농도는 24ppm으로 계산되지만, 이 계산치는 전술한 실측치 510ppm의 1/20에 불과하다.
이것으로부터 전류가 외부회로로 흐르지 않고, 음극으로부터 동이온이 용출하는 기구(1종의 방해반응)이 동시에 존재하고 있다고 생각된다. 이 성질과 제2도에서 보여지는 염화 리튬농도의 증가에 수반하는 기전력의 저하(저온측)과의 사이에 무엇인가의 인과관계가 있을지도 모른다.
또, 상기한 방해반응이 존재한다고하면 이점의 개량이 장래의 성능향상에 연결된다고 생각된다.
[실시예 2]
우선, 제10도에 기초해서 실시예 2에 있어서의 발전소의 개략 구성을 설명한다 (제10도는 실시예 2-5의 공통의 구조를 나타내고 있다). 이 발전소자의 양극(6)은 동박으로 형성되어 있다.
또, 양극조성물(7)은 10중량%의 2산화망간(부활제) 40중량%의 흑연(니시무라사의 흑연 90-30M) 및 50중량%의 폴리에틸렌 글리콜(#1540)과를 함유하고 있다.
한편, 음극조성물(8)은 28중량%의 염화리튬(나까라이테스크의 특급사약) 12중량%의 아연분말 및 60중량%의 폴리에틸렌 글리콜(#200)과를 함유하고 있다.
또, 음극(9)는 질소중에서 소량의 리튬을 아가토코우펄(도시하지 않음)으로 얇게 느려서 알루미늄 박에 접착시켜서 일체화한 것을 사용하고 있다. 이경우 음극조성물 (8)의 수분과의 반응을 고려하면 음극(9)에 사용한 리튬의 일부만이 금속으로서 기능하는데 불과하다고 생각된다.
이 실시예 2에 있어서도 실시예 1과 마찬가지로 양극조성물(7)과, 음극조성물 (8)은 가열용융해서 폴리에스테르 섬유의 부직포에 함침시킨 상태로 각각의 전극 (6),(9)에 접착하고 분리부재(10)을 개재해서 조립된다.
이 발전소의 기전력 단락전류와 온도와의 관계를 제11도에 나타내고 있다.
이 실시예 2에서는 실시예 1보다도 높은 기전력(3.1V)와 높은 단락 전류밀도 (16MA/cm2)가 얻어졌다.
이 이유는 음극(9)가 이온화 경향이 높은 리튬 알루미늄으로 형성되어 있기 때문이라고 생각된다.
[실시예 3]
이 실시예 3에서 실시예 1과 마찬가지로 양극(6) 및 음극(9)는 다같이 동박에 의해 형성되어 있다.
양극조성물(7)은 10중량%의 2산화망간(부활제) 40중량%의 흑연(니시무라사의 흑연 90-300M) 및 50중량%의 폴리에틸렌 글리콜(#1540)과를 함유하고 있다.
한편, 음극조성물(8)은 28중량%의 염화리튬(나까라이 테스크 특급시약) 12중량%의 아연분말 및 60중량%의 폴리에틸렌 글리콜(#200)과를 함유하고 있다.
이들 양극조성물(7)과 음극조성물(8)은 실시예 2와 마찬가지로 분리부재(10)을 개재해서 조립되어 있다.
이 발전소자의 기전력 단락전류와 온도와의 관계를 제12도에 나타내고 있다.
이 실시예 3에서는 실시예 2보다도 기전력 단락전류가 다함께 낮지만 실시예 1보다는 높은 값을 나타내고 있다.
이 이유는 2산화망간이 부활제로서 작용해서 전극반응을 촉진시키기 때문이라고 생각된다.
[실시예 4]
이 실시예 4에서도 실시예 1,3과 마찬가지로 양극(6) 및 음극(9)는 다같이 동박에 의해 형성되어 있다. 양극조성물(7)은 10중량%의 2산화망간(부활제) 40중량%의 2산화망간(부활제) 40중량%의 흑연(니시무라사의 흑연 90-300M) 및 50중량%의 폴리에틸렌 글리콜(#1540)과를 함유하고 있다.
한편, 음극조성물(8)은 28중량%의 염화리튬(나까라이 테스크 특급사약) 12중량%의 마그네슘 분말 및 60중량%의 폴리에틸렌 글리콜(#200)과를 함유하고 있다.
이들 양극조성물(7)과 음극조성물(8)은 실시예 2,3과 마찬가지로 분리부재 (10)을 개재해서 조립되어 있다.
이 발전소자의 기전력, 단락전류와 온도와의 관계를 제13도에 나타내고 있다.
이 실시예4에서는 실시예 2보다도 기전력 단락전류가 다함께 낮지만 실시예 1보다는 높은 값을 나타내고 있다.
[실시예 5]
이 실시예 5에서도 실시예 1,3,4와 마찬가지로 양극(6) 및 음극(9)는 다같이 동박에 의해 형성되어 있다. 양극조성물(7)은 10중량%의 2산화망간(부활제) 40중량%의 흑연(니시무라사의 흑연 90-300M) 및 50중량%의 폴리에틸렌 글리콜(#1540)과를 함유하고 있다.
한편, 음극조성물(8)은 28중량%의 염화리튬(나까라이테스크의 특급시약) 12중량%의 알루미늄 분말 및 60중량%의 폴리에틸렌 글리콜(#200)을 함유하고 있다.
이들 양극조성물(7)과 음극조성물(8)은 실시예 2,3,4와 마찬가지로 분리부재 (10)을 개재해서 조립되어 있다.
이 발전소자의 기전력 단락전류와 온도와의 관계를 제14도에 나타내고 있다.
이 실시예 5에서는 실시예 2보다도 기전력 단락전류가 다같이 낮지만 실시예 1보다는 높은 값을 나타내고 있다.
[실시예 6]
이 실시예 에서는 음극조성물에 염화리튬 대신에 티오황산 나트륨(Na2S2O3)를 함유시킨 것이며, 이 티오황산 나트륨에 의해 폴리에틸렌 글리콜에 도전성을 부여하고 있다.
이 이외의 조성을 실시예 1과 같다.
이 발전소자의 기전력 단락전류와 온도와의 관계를 제15도 및 제16도에 나타내고 있다.
또한, 티오황산 나트륨을 환원제이지만 양극측에는 산화제가 존재하고 있지 않기 때문에 통상의 의미에서의 전지는 구성되어 있지 않다. 이 실시예 6에서는 80℃ 근처에서는 온도 상승에 따른 기전력의 증가는 근소하지만 90℃ 근처로부터 기전력의 증가가 급격하게 되는 특성이 있다.
[실시예 7]
이 실시예 7에 있어서는 양극조성물에 첨가하는 부활제로서 2산화망간(MnO2)와 염화은(AgCl)과를 각각 10중량%씩 첨가하고 있다.
이것 이외의 조성은 실시예 1과 같다.
이 발전소의 기전력 단락전류와 온도와의 관계를 제17도 및 제18도에 나타내고 있다.
이 실시예 7에서는 기전력이 20℃ 이상에서 거의 일정하게 되고, 약 1V이다.
한편, 단락전류는 100℃ 부근으로부터 급격히 증가하는 특성이 있다.
[실시예 8]
양극조성물(11)은 70중량%의 폴리에틸렌 글리콜(다이이찌 고오교 세이야꾸 #1000)을 가열용융하여 여기에 30중량%의 흑연(인편상 흑연 니시무라사의 흑연 90-300M)을 교반하면서 혼합한 것이다.
음극조성물(12)는 70중량%의 파라핀왁스(니혼세이로우사제 마이크로 글라스탈린왁스 Hl-MiC-2095)을 가열 용융하여 여기에 30중량%의 흑연(인편상 흑연 니시무라사의 흑연 90-300M)을 교반하면서 혼합한 것이다.
이 발전소자의 외피(13),(14)로서 50㎛의 폴리에스테르 필름을 사용하고, 외피(13),(14)에 동전극(15),(16)을 접착하고 있다. 각 동전극(15),(16)상에 각각 용융상에의 양극조성물(11)과 음극조성물(12)을 흘려넣어서 고화시킨 후 양쪽 양극조성물(11)과 음극조성물(12)와를 중첩한 상태로 한다.
각 동전극(15),(16)에는 각각 리이드선(17),(18)을 납땜질한다. 이 발전소자에 의해 얻어지는 기전력은 제20도에 나타내고 있다.
이상 설명한 각 실시예에 의하면 제에벡 효과를 이용한 열전기 발전소자와 비교해서 저온도의 열에너지를 효율적으로 전기에너지로 변환할 수 있음과 동시에 태양전지와는 달리 광이 없는 장소에서도 발전가능하다.
이 때문에 열원으로서 배기열이나 태양열, 지열, 온천열등의 저온의 열에너지를 유효하게 이용할 수 있어서 발전을 경제적인 것으로 해서 충분한 에너지 절약효과를 얻을 수 있음과 동시에 지구환경보호에도 공헌 할 수가 있다.
다시 또 본 발명의 발전장치는 조성물의 원재료 배용이 싸고 열전기 발전소자나 태양전지와 비교해서 대폭적인 저가격화가 가능함과 동시에 조성물도 인체에 무해한 유기화합물이며 종래의 화학전지에 비해 인체에 대한 안전성도 높다.
다시 또 에너지 변환효율을 높이기 위해서는 ①양극조성물에 부활제를 첨가하므로서 전극 반응을 촉진시켜 기전력을 높인다.
② 음극에 이온화 경향이 높은 금속을 사용해서 기전력을 높인다.
③ 양쪽극의 조성물을 부직포에 함침시켜서 발전소자의 두깨를 얇게 하므로서 내부저항을 감소시켜서 단락전류를 증가시키면 된다.
또한 실시예 1-7에 있어서 양극 또는 음극조성물에 이온도전성을 부여하는 염류로서는 금속할로겐화물(LiCl, NaCl)에 한정되지 않고, 무기산의 금속염 (Na2SO4K3PO4, NaNO3)이나 과염소산 금속염(LiClO4NaClO4) 혹은 옥살산염, 포름산염, 카르복시산염등의 유기산염류라도 된다.
또, 양극에 흑연 대신에 카아본 블랙등의 흑연조성물을 배치하도록 해도 된다.
혹은 분리부재로서 그라프트지 대신에 황산지나 각종의 이온도 전막을 사용하도록 해도 된다.
이들 분리부재를 양극과 음극과의 사이에 개재시키면 발전소자를 박형화해도 양전극끼리가 접촉하는 것을 분리부재에 의해 확실히 방지할 수 있다.
단, 본 발명은 분리부재를 사용한 구성에 한정되지 않고, 분리부재 이외의 다른 수단에 의해 양 전극의 접촉을 방치하도록 해도 좋은 것은 말할 것도 없다.
또, 양극 음극 조성물을 함침시키는 부직포고서는 폴리에스테르 섬유의 것에 한정되지 않고, 섬유의 내부에의 스며듬이 생기지 않는 다른 합성섬유(예를들면 폴리프로필렌 섬유등)이라도 된다.
또한, 섬유의 내부에의 스며듬이 생기는 천연섬유계의 부직포에서는 폴리에틸렌 글리콘과 탄소 입자가 같은 비율로 스며들지 않고, 조성물 성분의 농도가 불균일하게 되는 결점이 있다.
또, 상기한 각 실시예에서는 양음 양쪽극의 조성물의 주제를 폴리에틸렌 글리콜로 하고 있으나, 어느쪽인가 한쪽의 극한에 폴리에틸렌 글리콜을 사용하도록 해도된다.
단, 양극에 대해서는 흑연 또는 흑연 조성물을 사용할 필요가 있다. 기타 본 발명의 음극을 구성하는 금속으로서는 동에 한정되지 않고, 이온화 경향이 동과 동등하거나 그것보다도 큰 금속 또는 그 조성물을 사용해도 좋은 등 각종의 변경을 실시할 수 있는 것은 물론이다.

Claims (13)

  1. 열에너지를 전기에너지로 변환시키는 발전소자에 있어서, 양음 양쪽극 또는 어느쪽인가 한쪽의 극에 형성되는 조성물의 주제를 유기화합물로 하고, 양극에 도전성 물질을 사용한 것을 특징으로 하는 발전소자.
  2. 제1항에 있어서, 유기화합물이 폴리에틸렌 글리콜인 것을 특징으로 하는 발전소자.
  3. 제1항에 있어서, 도전성 물질이 흑연 또는 흑연조성물인 것을 특징으로 하는 발전소자.
  4. 제1항에 있어서, 유기화합물에 이온도전성을 부여하는 염류가 함유된 것을 특징으로 하는 발전소자.
  5. 제1항에 있어서, 음극(2),(9)가 이온화 경향이 동과 동등하거나 그보다 큰 금속 또는 그 조성물로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 발전소자.
  6. 열에너지를 전기에너지로 변환시키는 발전소자에 있어서, (가) 양극(1),(6),(나) 음극(2),(9) (다)양극측에 형성되고 폴리에틸렌 글리콜에 흑연 입자를 분산시켜서 된 조성물(3),(7),(11)과 (라) 음극측에 형성되고 이온도전성을 부여하는 염류가 함유된 폴리에틸렌 글리콜로 된 조성물(4),(8),(12)의 구성 요소를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 발전소자.
  7. 제6항에 있어서, 양음의 양쪽극의 조성물이 각각 부직포등의 액투과성 자체에 함침 유지되어 있는 것을 특징으로 하는 발전소자.
  8. 제6항에 있어서, 양극측의 조성물(3),(7),(11)과 음극측의 조성물(4), (8) , (12)와의 사이에 분리부재(5),(10)이 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 발전소자.
  9. 제6항에 있어서, 양극측의 조성물(7)에 2산화망간등의 부활제가 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 발전소자.
  10. 제6항에 있어서, 음극(2),(9)는 이온화 경향이 동과 동등하거나 그보다 큰 금속 또는 그 조성물로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 발전소자.
  11. 제6항에 있어서, 음극측의 조성물(4),(8),(12)에 금속분말이 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 발전소자.
  12. 열에너지를 전기에너지로 변환시키는 발전소자에 있어서, (가) 흑연에 의해 형성된 양극(1),(6)과 (나) 음극(2),(9)와 (다) 양음의 양쪽극을 함침시키는 폴리에틸렌 글리콜 용액(31)과 (라) 상기한 폴리에틸렌 글리콜 용액(31)에 함침되어 폴리에틸렌 글리콜용액(31)에 이온도전성을 부여하는 염류와 (마) 상기한 폴리에틸렌 글리콜 용액 (31)을 저장함과 동시에 외부로부터 부여되는 열을 폴리에틸렌 용액(31)에 전달하는 잔열성의 액류기(30)등의 구성요소를 구비한 것을 특징으로 하는 발전소자.
  13. 제12항에 있어서, 폴리에틸렌 글리콜(31)을 교반하는 교반체(36)을 구비한 것을 특징으로 하는 발전소자.
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