一种利用工业废热的柔性发电装置及制造方法技术领域
本发明属于工业废热利用技术领域，具体涉及一种利用工业废热的柔性发电装置
及制造方法。
背景技术
很多工业过程都伴随着热量的产生，例如工业上的污水处理，制氨以及硫酸制造
过程等，这些过程的实质都是化学放热反应。最典型的如，通常采用硫酸和石灰水的中和放
热反应产生硫酸钙沉淀，从而实现对酸性污水的处理；硫酸制造中的三个步骤均为放热反
应：S+O2＝SO2；2SO2+O2＝SO3；nSO3+H2O＝H2SO4+(n-1)SO3，且每个过程产生的热量分别为
3310.08KJ/mol，99KJ/mol,132.5KJ/mol。因此工业过程每天产生的废热能量很大，热量的
流失不仅带来能量浪费，排到大气中也增加了温室效应，使全球变暖的情况更加严重。工业
上通常采用冷却水的方式来处理这些废热，但这种方式需要复杂的设备，且仍需要提供能
量来完成废热的收集。因此，需要一种可以不需要提供任何能量源，直接将工业废热转换成
电能的发电装置。
另外工业生产过程所使用的溶液大多具有腐蚀性的，且反应所用的器皿表面通常
是不规则的，因此对热量收集和转换元件的材料的耐腐蚀性和柔性也有要求。
目前还没有能满足直接将工业废热转换成电能的柔性发电装置。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种利用工业废热的柔性
发电装置及制造方法，装置基于热释电效应，将化学反应产生的热量收集存储起来，提高
热-电转换效率，制造方法简单。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种利用工业废热的柔性发电装置，包括热释电薄膜1，热释电薄膜1上下两面各
设有一层薄膜电极2，薄膜电极2上连接有铜导线4，薄膜电极2和超级电容器薄膜3并联，热
释电薄膜1、薄膜电极2、超级电容器薄膜3被PDMS薄膜5包围住，铜导线4伸出PDMS薄膜5外，
PDMS薄膜5贴附在工业废热容器上。
一种利用工业废热的柔性发电装置的制造方法，包括以下步骤：
1)在热释电薄膜1上下两面各制备上一层薄膜电极2，用导电银浆将铜导线4固定
在上下薄膜电极2上，得到柔性热量收集装置；将超级电容器薄膜3与柔性热量收集装置相
并联，并通过铜导线4引出正负电极，得到柔性发电单元；
2)将PDMS滴涂在柔性发电单元上，使柔性发电单元完全被PDMS薄膜5包围住，只露
出铜导线4，然后加热至65℃，保持4个小时固化，得到柔性发电装置。
所述的热释电薄膜1为柔性的热释电材料，包括PVDF和PMN-PT。
所述的热释电薄膜1的厚度为30-100μm。
所述的薄膜电极2包括金属、聚合物或石墨烯。
所述的薄膜电极2的厚度为10-50nm。
所述的热释电薄膜1上下两面制备薄膜电极2的制备方法包括湿法转移法、旋涂法
或磁控溅射方法。
使用时，将柔性发电装置贴在一个烧杯8外侧，通过铜导线4将电流表7接入正负电
极，在烧杯8内配制不同溶液9进行化学反应，通过控制化学试剂的浓度和搅拌速度实现不
同的热-电转换效率。
本发明的有益效果为：
本发明制备的柔性发电装置可将化学反应产生的热量直接转换成电能，采用的热
释电薄膜是具有自发极化特性的晶体材料，当温度变化时，自发极化发生改变，会释放出表
面吸附的部分电荷，从而实现将变化的温度转换成电能，可用作工业废热的能量收集；采用
的导热性好的薄膜电极材料，提高了温度变化率，进而提高热-电转换效率；利用超级电容
器薄膜可以将收集的电能存储起来；另外工业生产过程所使用的溶液大多具有腐蚀性的，
且反应所用的器皿表面通常是不规则的，因此对热量收集和转换元件的材料的耐腐蚀性和
柔性也有要求，本发明所使用的材料均满足了柔性的要求。
附图说明
图1是本发明柔性发电装置的截面示意图。
图2是制备热释电薄膜两面薄膜电极的示意图。
图3是用超级电容器薄膜与柔性热量收集装置并联示意图。
图4是柔性发电装置收集化学反应放出热量的示意图，图(a)是烧杯中没有化学反
应的柔性发电装置收集化学反应放热的装置图；图(b)烧杯中有化学反应的柔性发电装置
收集化学反应放热的装置图。
具体实施方式
下面通过附图对本发明装置做进一步说明。
参照图1，一种利用工业废热的柔性发电装置，包括热释电薄膜1，热释电薄膜1上
下两面各设有一层薄膜电极2，薄膜电极2上连接有铜导线4，薄膜电极2和超级电容器薄膜3
并联，热释电薄膜1、薄膜电极2、超级电容器薄膜3被PDMS薄膜5包围住，铜导线4伸出PDMS薄
膜5外，PDMS薄膜5贴附在工业废热容器上。
下面通过实施例对本发明制造方法做进一步说明。
实施例1
一种利用工业废热的柔性发电装置的制造方法，包括以下步骤：
1)参照图2，在热释电薄膜1上下两面通过湿法转移法各制备上一层薄膜电极2，用
导电银浆将铜导线4固定在上下薄膜电极2上，热释电薄膜1为厚度100μm的PVDF薄膜，薄膜
电极2材料是石墨烯，得到柔性热量收集装置；将超级电容器薄膜3与柔性热量收集装置相
并联，并通过铜导线4引出正负电极，得到柔性发电单元；
2)采用滴涂的方式，将质量分数为10％的PDMS滴在柔性发电单元上，使柔性发电
单元完全被PDMS薄膜5包围住，只露出铜导线4，如图3所示，然后加热至65℃，保持4个小时
固化用，得到柔性发电装置，如图1所示。
参照图4，使用时，将柔性发电装置6贴在烧杯8的外侧，通过铜导线4将电流表7接
入正负电极，当烧杯中没有溶液反应时，电流表7的指针未动，说明没有电流流过；在烧杯中
配制一定浓度的溶液9时，反应，电流表7的指针发生偏转，说明产生了电流，溶液9是摩尔浓
度为1mol/L的稀H2SO4和Ca(OH)2，通过控制溶液的反应浓度和搅拌速率，实现柔性发电装置
6将反应的热量转换成电能。
本实施例的有益效果为：实施例中的柔性发电装置6要比传统的废热收集更直接，
直接将电能收集和存储起来，且柔性发电装置6可随意弯折，可以作为反应容器的蒙皮覆盖
在容器表面，增加能量转换效率。
实施例2
一种利用工业废热的柔性发电装置的制造方法，包括以下步骤：
1)参照图2，在热释电薄膜1上下两面通过溅射法各制备上一层薄膜电极2，用导电
银浆将铜导线4固定在上下薄膜电极上，热释电薄膜1为厚度30μm的PMN-PT薄膜，薄膜电极2
材料是金属薄膜，材料是Au，得到柔性热量收集装置；将超级电容器薄膜3与柔性热量收集
装置相并联，并通过铜导线4引出正负电极，得到柔性发电单元；
2)采用滴涂的方式，将质量分数为10％的PDMS滴在柔性发电单元上，使柔性发电
单元完全被PDMS薄膜5包围住，只露出铜导线4，如图3所示，然后加热至65℃，保持4个小时
固化用，得到柔性发电装置，如图1所示。
参照图4，使用时，将柔性发电装置6贴在烧杯8的外侧，通过铜导线4将电流表7接
入正负电极，当烧杯中没有溶液反应时，电流表7的指针未动，说明没有电流流过；在烧杯中
配制一定浓度的溶液9时，反应，电流表7的指针发生偏转，说明产生了电流，溶液9是摩尔浓
度为1mol/L的稀HCl和NaOH，通过控制溶液的反应浓度和搅拌速率，实现柔性发电装置将反
应的热量转换成电能。
本实施例的有益效果为：实施例中的柔性发电装置6要比传统的废热收集更直接，
直接将电能收集和存储起来，且柔性发电装置6可随意弯折，可以作为反应容器的蒙皮覆盖
在容器表面，增加能量转换效率。