溫差發(fā)電作為余熱回收的一種技術手段,以其無污染、結構緊湊、無運動部件、無噪聲、免維護等特點引人注目。溫差發(fā)電在固體材料與半導體材料的發(fā)展上均比較成熟,而近年出現(xiàn)了一種新型的熱電化學電池擁有更高的塞貝克系數,同時成本較低、能夠適應復雜熱源表面,因而具有一定的前景,成為研究的熱點方向之一。本文以鉑金作為電極、鐵氰化鉀/亞鐵氰化鉀混合水溶液作為電解質,搭建鹽橋式熱電化學電池,以此作為研究對象,從電極溫度和電解液配方兩個角度對其發(fā)電性能的影響進行試驗研究。在電池物理模型搭建完成之后,根據控溫的準確性與及時性要求選取半導體溫控器作為控溫裝置,根據測試精度、尺寸布置等方面對性能測試臺架進行部件選型與搭建,用于多種工況條件下熱電化學電池相關發(fā)電性能參數的準確測量。其次,進行高效、經濟的正交試驗設計,采用搭建好的性能測試臺架,經過指標、因素、水平、正交表等方面的選擇后進行試驗,在數據處理與誤差分析之后分別進行極差分析與方差分析,從而初步得到溫度、濃度對熱電化學電池開路電壓及最大輸出功率影響的重要性順序,并得到因素之間無明顯交互作用的結論。最后,在確認因素之間無明顯交互作用之后分別對電極溫度和電解液配方... 

【文章來源】：浙江大學浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數】：87 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

溫差電池原理圖[17]

浙江大學碩士學位論文緒論4首爾國立大學的TaewooKim等人[24]考慮在鐵氰化物/亞鐵氰化物水溶液中加入具有適當溶解度參數的有機溶劑，發(fā)現(xiàn)在添加20wt%甲醇的情況下，塞貝克系數可從1.43mV/K增大到2.9mV/K，輸出功率可以達到0.64mW/（K2·m2），其結果如圖1.3所示。溶劑的添加使得整個氧化還原體系的熵變增加，從而增加了電化學熱功率。圖1.3甲醇添加量與塞貝克系數、輸出功率關系圖1.2.2電極溫度的影響研究TaeJuneKang等人[25]以鐵氰化鉀/亞鐵氰化鉀溶液和納米碳基的電化學體系為研究對象，研究了電極溫差對其發(fā)電性能的影響，發(fā)現(xiàn)無論是在升溫還是降溫的測量中，開路電壓均隨著溫差的增大而呈線性增大，其中塞貝克系數約為1.43mV/K，其結果如圖1.4所示。溫差越大會使得熱電化學電池的發(fā)電性能不斷增強，因而在電極溫度上也有向高溫化的研究，電極的高溫主要是通過電解質的高溫加以實現(xiàn)。以往的水基電解液電池，當溫度超過100攝氏度后存在沸騰現(xiàn)象，電池內壓過高引起泄漏等問題，因此不適用于高溫環(huán)境。在目前高溫化的研究中，采取的主要手段是改變電解液的種類，使用高沸點的離子液體作為溶液。2011年，Monash-MacFarlane團隊[26]測量了不同離子液體基電池的塞貝克系數，研究發(fā)現(xiàn)這些電解質能使熱電裝置在100-150℃范圍內將熱能轉換為電能。2013年，該團隊[27]使用離子液體作為電解液溶劑，二價鈷離子-三價鈷離子作為反應物質，鉑金作為電極，在試驗中獲得了1.9mV/K的高塞貝克系數，并使溫差電池的工作溫度上限提高到了200攝氏度。2015年，NorwegianUST-S.Kjelstrup團隊[28]研究了熔融碳酸鹽基電池在500-800℃條件下的熱電轉換性能，研究發(fā)現(xiàn)以

浙江大學碩士學位論文緒論5CO2-O2為電極，以熔融碳酸鹽混合物作為電解質，可以實現(xiàn)高達1.4mV/K的塞貝克系數。圖1.4開路電壓-溫差關系圖1.2.3電極材料的創(chuàng)新在電極材料的研究方面，TamioIkeshojI[29]早在1987年的時候就以鉑為電極材料，以[:(CN)5]78/98和:>?/9?的水溶液作為電解液，測量在穩(wěn)定狀態(tài)下的功率密度。所使用的薄層溫差電池測試系統(tǒng)如圖1.5所示，其中鉑電極與兩個銅傳熱板接觸，通過從恒溫器中進行水浴來使溫度保持恒定。圖1.5薄層溫差電池測試系統(tǒng)后來，以碳納米管為代表的碳基納米材料的快速崛起為熱電化學電池提供了新的電極材料。如圖1.6所示，RenchongHu團隊[30]使用碳納米管替代鉑金電極，增加電極與電解液的接觸面積，提高系統(tǒng)電導率，研究發(fā)現(xiàn)使用碳納米管作電極的溫差電池，其能量轉化效率為1.4％的卡諾效率。LongZhang[31]則對不同形狀

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號：3432316