阅读说明：本技术 活性材料和包含活性材料的电力发电机 (Active material and electric power generator comprising the same ) 是由 卢卡·麦格尼 西蒙娜·埃法 亚历山德拉·艾科格里 嘉布里尔·潘泽里 弗朗切斯科·利贝拉尔 于 2018-12-20 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种电力发电机(EPG),其包括至少第一电极(11)和第二电极(12),其中电力发电机包括在所述电极(11,12)之间的活性材料,所述活性材料包含至少一种含氧化合物,含氧化合物选自由MgO、ZnO、ZrOCl<Sub>2</Sub>、ZrO<Sub>2</Sub>、SiO<Sub>2</Sub>、Bi<Sub>2</Sub>O<Sub>3</Sub>、Fe<Sub>3</Sub>O<Sub>4</Sub>、Al<Sub>2</Sub>O<Sub>3</Sub>、TiO<Sub>2</Sub>、BeO、CaO、Ga<Sub>2</Sub>O<Sub>3</Sub>、In<Sub>2</Sub>O<Sub>3</Sub>、GeO<Sub>2</Sub>、SnO<Sub>2</Sub>和PbO<Sub>2</Sub>组成的组,其中含氧化合物的颗粒尺寸具有在从10nm至40μm的范围内的平均直径,并且其中不存在选自由琼脂、黄原胶、甲基纤维素和阿拉伯树胶组成的组的增稠剂添加剂。(The invention relates to an Electrical Power Generator (EPG) comprising at least a first electrode (11) and a second electrode (12), wherein the electrical power generator comprises an active material between said electrodes (11, 12), said active material comprising at least one oxygen-containing compound selected from the group consisting of MgO, ZnO, ZrOCl 2 、ZrO 2 、SiO 2 、Bi 2 O 3 、Fe 3 O 4 、Al 2 O 3 、TiO 2 、BeO、CaO、Ga 2 O 3 、In 2 O 3 、GeO 2 、SnO 2 And PbO 2 Group of oxygen-containing compounds, wherein the particle size of the oxygen-containing compounds is from 10nm to 40 mum, and wherein no thickener additives selected from the group consisting of agar, xanthan gum, methylcellulose, and gum arabic are present.)

活性材料和包含活性材料的电力发电机

描述

发明领域

本发明涉及一种用于制造发电机(electric generator)的活性材料和一种用于获得这样的介质的方法。因此，本发明还涉及包含所述活性材料的发电机。

现有技术

众所周知的是，使用热电发电机(thermoelectric power generator)和热离子发电机(thermionic power generator)用于将热能直接转换成电能。

热电发电机是基于热电效应即塞贝克效应(Seebeck effect)的装置，其涉及在固体主体之间的热流和电流之间的相互作用。在专利EP 2521192中和在专利申请EP 2277209中公开了这样的装置的实例。广义而言，热电发电机由三个主要部件组成：与热源界面结合的热电材料、热电模块和热电系统。

热电材料通过将温差转换成电压而直接从热发电。特别地，这些材料典型地具有高的电导率和低的热导率两者。低的热导率确保了当一侧变热时，另一侧保持冷的。这有助于在温度梯度下产生大电压。

热电模块是包含热电材料的电路，热电材料直接从热发电。模块由在它们的末端处连接的两种不同的热电材料组成，即带负电荷的半导体和带正电荷的半导体。当在两种材料之间存在温度梯度时，直流电流将在电路中流动。这样的梯度由热电系统提供，该热电系统典型地包括在模块上的两侧上使用的热交换器，以分别提供加热和冷却。

热离子发电机，也被称为热离子功率转换器(thermionic power converter)，将热直接转化为电。热离子发电机典型地包括被布置在容器中的两个电极。其中一个电极被升高到足够高的温度以成为热离子电子发射器或“热板”。另一个电极被称为收集器(collector)，因为它接收发射的电子。收集器在显著较低的温度操作。电极之间的空间可以是真空，或者可选择地填充有低压蒸气气体。热能可以由化学源、太阳能源或核能源供应。

热电发电机以及热离子发电机具有许多缺点，其中包括低转换效率和需要提供温度梯度。此外，这样的发电机需要相对恒定的热源。

因此，本发明的主要目的是提供一种电力发电机，该电力发电机能够将部分热能转换成电能并且允许克服现有技术的装置的缺点。

在尚未公布的国际申请PCT/EP2017/069925中，已经描述了一种活性材料，该活性材料能够被应用在一个电极上，并且当包含在至少两个电极之间时能够产生电流，令人惊讶地，不需要初始充电和依赖于温度。具体地，在PCT/EP2017/069925中描述的材料包含至少一种含氧化合物(oxygen-containing compound)、至少一种增稠剂添加剂以及至少一种增塑剂添加剂，所述至少一种含氧化合物选自由MgO、ZnO、ZrOCl₂、ZrO₂、SiO₂、Bi₂O₃、Al₂O₃和TiO₂组成的组，所述至少一种增稠剂添加剂选自由琼脂、黄原胶、甲基纤维素和***树胶组成的组，其中含氧化合物的颗粒尺寸具有特定的平均直径。

发明人发现，在高于80℃的温度的存在下，活性材料的性能较差，并且高于90℃的温度引起活性材料的降解，其中降低了装置性能并且降低了最终装置的稳定性。

因此，本发明的另外的目的是提供一种能够在宽的温度范围内提供电能的发电机。

因此，又一个目的是提供一种能够产生电能的电气装置(electric device)，该电气装置还具有对温度的高稳定性。

发明概述

发明人令人惊讶地发现他们可以提供新的活性材料，该活性材料能够被应用在一个电极上，并且当包含在至少两个电极之间时能够产生电流而无需初始充电和依赖于温度，没有现有技术装置的缺点。

因此，本发明涉及一种包括至少两个电极的电力发电机(EPG)，所述至少两个电极彼此以适当的距离放置并且优选地由不同的材料制成，所述电力发电机包括在所述电极之间的活性材料，所述活性材料包含至少一种含氧化合物，所述含氧化合物选自由MgO、ZnO、ZrOCl₂、ZrO₂、SiO₂、Bi₂O₃、Fe₃O₄、Al₂O₃、TiO₂、BeO、CaO、Ga₂O₃、In₂O₃、GeO₂、SnO₂和PbO₂组成的组，其中含氧化合物的颗粒尺寸具有在从10nm至40μm的范围内的平均直径，并且其中不存在选自由琼脂、黄原胶、甲基纤维素和***树胶组成的组的增稠剂添加剂。

具体地，发明人发现他们必须消除增稠剂添加剂，以便克服现有技术的装置的缺点。因此，发明人提出了一种新的基本上干燥状态的装置，作为对现有技术的装置的替代方案和改进。

在优选的实施方案中，在本发明的活性材料中还不存在作为增稠剂的纤维素化合物。在另外的优选的和有利的实施方案中，相对于活性材料的量，选自由MgO、ZnO、ZrOCl₂、ZrO₂、SiO₂、Bi₂O₃、Fe₃O₄、Al₂O₃、TiO₂、BeO、CaO、Ga₂O₃、In₂O₃、GeO₂、SnO₂和PbO₂组成的组的至少一种含氧化合物或其混合物是以在从0.6％至100％(w/w)的范围内的量，更优选地以在从1％至80％的范围内的量，还更优选地以50％-80％(w/w)的量。

因此，本发明的EPG的活性材料可以是无水的，或者可以包含一定量的源自用于制备该活性材料的工艺的水，作为含氧化合物的配位水分子：发明人认为，最终活性材料中这样的配位水可以改善通过并入活性材料获得的最终装置的性能。含氧化合物可以包含配位水，所述配位水在相对于含氧化合物的从按重量计0.5％至按重量计7.5％的范围内，优选地从0.5％至3.5％的范围内，更优选地从0.5％至1.5％的范围内。

不受任何理论的束缚，发明人认为现有技术中使用的增稠剂添加剂是用于增加液体分散体的粘度的有机材料。然而，发明人发现，如果应用高于其熔化温度的温度，这些材料具有由胶凝过程的可逆性引起的固有的低热稳定性。例如，琼脂分别在40℃和80℃胶凝和熔化，并且甲基纤维素分别在62℃和68℃胶凝和熔化。

因此，这些材料暴露于高温引起活性材料降解，并从而使最终装置的稳定性变差。

根据本发明，EPG能够在宽的温度范围内提供电能。

本发明还提供了一种能够产生电能的电气装置，该电气装置还具有对温度的高稳定性。

在本发明的优选实施方案中，活性材料包含作为含氧化合物的、作为粉末的MgO、ZnO和ZrO₂。

因此，根据本发明的EPG包括在至少两个电极之间的含氧化合物。电极由金属、合金和/或碳基材料例如石墨制成。电极厚度优选地在从0.1μm至3000μm，更优选地从50μm至1000μm，还更优选地从300μm至600μm的范围内。在本发明的另一个实施方案中，这些电极由具有在从10nm至40μm的范围内、优选地在10nm至20μm的范围内、更优选10nm-100nm的范围内的颗粒平均直径的粉末制成。在根据本发明的EPG的优选实施方案中，该至少两个电极分别由呈箔和粉末的形式的Al和石墨制成。在柔性EPG的情况下，自支撑柔性材料(在前面列出的材料中)和金属化的聚合物两者都可以被视为电极。

发明人不排除在恒定温度或在热程(thermal path)期间向EPG施加电压而对EPG充电的可能性。

本发明还涉及包括多于一个EPG的发电机模块(PGM)，所述多于一个EPG可以串联连接或并联连接，而不损害EPG特性(电压和电流)。

具体实施方式

借助于附图根据对活性材料以及对电力发电机的优选实施方案的详细描述，本发明的另外的特征和优点将更加明显，在附图中：

-图1示出了根据本发明的电力发电机(EPG)的结构；

-图1A和图1B分别示出了包括多于一个的根据本发明的EPG的发电机模块(PGM)的第一实施方案和第二实施方案；

-图2A和图2B示出了用于根据本发明的EPG的电气表征(electricalcharacterization)的、以两种不同可操作配置的电路；

-图3示出了可用于包括根据本发明的多于一个EPG的PGM的电气表征的电路；

-图4示出了用于实施例10的电气表征的电路；

-图5示出了实施例10的电气表征的结果；

-图6示出了用于实施例11的电气表征的电路；

-图7示出了实施例11的电气表征的结果；

-图8和图9示出了实施例12的电气表征的结果；

-图10示出了实施例13的电气表征的结果；

-图11示出了用于实施例14的电气表征的电路；以及

-图12示出了实施例14的电气表征的结果。

发明详述

因此，本发明涉及一种包括至少两个电极10的电力发电机(EPG)，所述至少两个电极10彼此以适当的距离放置并且优选地由不同的材料制成，所述电力发电机包括在所述电极10之间的活性材料20。EPG的结构在图1中示出。根据本发明，所述活性材料包含至少一种含氧化合物，所述含氧化合物选自由MgO、ZnO、ZrOCl₂、ZrO₂、SiO₂、Bi₂O₃、Fe₃O₄、Al₂O₃、TiO₂、BeO、CaO、Ga₂O₃、In₂O₃、GeO₂、SnO₂和PbO₂组成的组，其中所述含氧化合物的颗粒尺寸具有在从10nm至40μm的范围内的平均直径，并且其中不存在选自由琼脂、黄原胶、甲基纤维素和***树胶组成的组的增稠剂添加剂。

在优选的实施方案中，在本发明的活性材料中还不存在作为增稠剂的纤维素化合物。

在另外的优选的和有利的实施方案中，相对于活性材料的量，选自由MgO、ZnO、ZrOCl₂、ZrO₂、SiO₂、Bi₂O₃、Fe₃O₄、Al₂O₃、TiO₂、BeO、CaO、Ga₂O₃、In₂O₃、GeO₂、SnO₂和PbO₂组成的组的所述至少一种含氧化合物或其混合物是以在从0.6％至100％(w/w)的范围内的量，更优选地以在从1％至80％的范围内的量，还更优选地50％-80％(w/w)。

本发明的EPG的活性材料还可以包含至少一种增塑剂添加剂。优选地，至少一种增塑剂添加剂选自由硅氧烷、巴西棕榈蜡(Carnauba Wax)、萘、PVDF、聚对二甲苯、PTFE、FEP、PDMS、水基聚合物(aqueous based polymer)和生物聚合物组成的组。

活性材料可以包含另外的化合物作为添加剂，优选地蒽、PZT材料和Si₃N₄。

合理地认为，这些材料与本发明的含氧化合物的组合使用可以提高装置的性能，或者至少改善在特定状况下获得的结果。

本发明的EPG的活性材料可以是无水的，或者可以包含一定量的源自用于制备该活性材料的工艺的水，作为配位水分子：发明人认为，最终活性材料中的这样的配位水可以改善通过并入活性材料获得的最终装置的性能。含氧化合物可以包含配位水，所述配位水在相对于含氧化合物的从按重量计0.5％至按重量计7.5％的范围内，优选地从0.5％至3.5％的范围内，更优选地从0.5％至1.5％的范围内。

活性材料的基于氧的化合物的颗粒具有在从5nm至40μm的范围内、优选地在15nm-10μm的范围内、更优选地在20nm-5μm的范围内的平均直径。在本发明的另一个有利的和优选的方面中，基于氧的化合物的颗粒具有在从10nm-200nm的范围内、更优选地在15nm-100nm的范围内、还更优选地20nm-40nm的平均直径。

本发明的EPG的活性材料优选地包含氧化镁作为含氧化合物，更优选地，相对于活性材料的总重量，其以在从0.6％至100％、优选地从1％至100％、更优选地从50％至80％的范围内的重量百分比。

活性材料优选地包含氧化锆作为含氧化合物，更优选地，相对于活性材料的总重量，其以在从0.6％至100％、优选地从1％至100％、更优选地从50％至80％的范围内的重量百分比。

活性材料优选地包含MgO和ZrO₂作为含氧化合物，更优选地，相对于活性材料的总重量，其以在从0.6％至100％的范围内、还更优选地在5％至80％的范围内的重量百分比。

活性材料优选地包含MgO以及ZnO和ZrO₂两者作为含氧化合物，更优选地，相对于活性材料的总重量，每一种以在从0.6％至90％的范围内、还更优选地在5％至80％的范围内的重量百分比。

本发明的EPG包括在至少两个电极之间的活性材料。

可以将活性材料的基于氧的化合物作为粉末放置在至少一个电极上，并且使用机械压力机(machine press)压靠在另一个金属电极上。可以使用本领域中已知的可选择的技术，例如溶胶-凝胶、喷墨印刷和溅射。

电极由金属、合金和/或碳基材料例如石墨制成。电极厚度优选地在从0.1μm至3000μm，更优选地从50μm至1000μm，还更优选地从300μm至600μm的范围内。在根据本发明的EPG的优选实施方案中，所述至少两个电极由Cu和Al制成，其优选地呈基本上平行的板或箔的形式。在柔性EPG的情况下，自支撑柔性材料(在前面列出的材料中)和金属化的聚合物两者都可以被视为电极。

在图1中示意性示出的EPG 1的优选实施方案中，至少两个电极10具有板形状。两个板基本上彼此平行布置，以便根据“夹层结构”界定填充有本发明的活性材料20的间隙。电极10的距离直接取决于待应用的活性材料的期望的厚度。

电极的形状不是约束的(binding)。例如，在可选择的实施方案中，EPG可以包括两个同轴圆柱形电极，所述两个同轴圆柱形电极界定了填充有根据本发明的活性材料的环形空间。根据本发明，EPG可以包括多于两个的电极，其中两个相邻的电极界定了填充有活性材料的间隙。

根据优选的实施方案，至少两个电极由不同材料制成，优选地由Cu和Al制成。所述至少两个电极在被用于本发明的电力发电机之前优选地经历清洗和蚀刻。

本发明的EPG的活性材料优选地通过以从100nm至5mm的厚度沉积活性材料而被应用在电极上。另一方面，最佳厚度取决于应用而变化。

在另外的方面，本发明涉及发电机模块(PGM)，所述发电机模块包括多于一个的可以串联连接或并联连接的EPG。在这方面，图1A示出了包括PGM的电路，其中两个EPG并联连接，而图1B示出了包括具有串联连接的两个EPG的PGM的电路。图1A和图1B的电路两者都包括负载电阻R_L。相对于PGM的电压可以被监测，例如，通过连接与负载电阻RL并联的恒电位器/恒流器来监测。

根据本发明的EPG的活性材料可以优选地通过压制具有根据本发明的平均直径的一种或更多种含氧化合物的粉末来制备。压制步骤可以优选地直接在本发明的EPG的两个电极中的一个上进行。

可选择地，活性材料可以作为组合物被沉积在两个电极中的一个上，并且之后经历烘烤步骤，以便获得基本上干燥的产品。

不受任何理论的束缚，发明人认为，在开路电压(OCV)方面，根据系列N₂>空气(湿)>空气(干)>O₂(干)>CO₂(干)，在活性材料的制备程序期间使不同的选定气体物质流动(flux)可以提高如所获得的EPG的最终性能。

在本发明的另一方面，发明人认为包含在本发明的EPG中的所提出的活性材料可以合理地被整合到适于制造常用电容器的活性材料的混合物中。

因此，在另一方面，本发明涉及活性材料的用途，所述活性材料包含至少一种含氧化合物，所述含氧化合物选自由MgO、ZnO、ZrOCl₂、ZrO₂、SiO₂、Bi₂O₃、Fe₃O₄、Al₂O₃、TiO₂、BeO、CaO、Ga₂O₃、In₂O₃、GeO₂、SnO₂和PbO₂组成的组，其中所述含氧化合物的颗粒尺寸具有在从10nm至40μm的范围内的平均直径，并且其中不存在选自由琼脂、黄原胶、甲基纤维素和***树胶组成的组的增稠剂添加剂，用于制造电容器。

在另外的方面，本发明涉及一种电容器，所述电容器包括至少第一电极、第二电极和活性材料，所述活性材料包含至少一种含氧化合物，所述含氧化合物选自由MgO、ZnO、ZrOCl₂、ZrO₂、SiO₂、Bi₂O₃、Fe₃O₄、Al₂O₃、TiO₂、BeO、CaO、Ga₂O₃、In₂O₃、GeO₂、SnO₂和PbO₂组成的组，其中所述含氧化合物的颗粒尺寸具有在从10nm至40μm的范围内的平均直径，并且其中不存在选自由琼脂、黄原胶、甲基纤维素和***树胶组成的组的增稠剂添加剂。

在优选的实施方案中，在本发明的活性材料中还不存在作为增稠剂的纤维素化合物。

在另外的优选的和有利的实施方案中，相对于活性材料的量，选自由MgO、ZnO、ZrOCl₂、ZrO₂、SiO₂、Bi₂O₃、Fe₃O₄、Al₂O₃、TiO₂、BeO、CaO、Ga₂O₃、In₂O₃、GeO₂、SnO₂和PbO₂组成的组的所述至少一种含氧化合物或其混合物是以在从0.6％至100％(w/w)的范围内的量，更优选地以在从1％至80％的范围内的量，还更优选地50％-80％(w/w)。

鉴于相同的技术特性，与根据本发明的EPG相关的优选的特征对于根据本发明的电容器可以是相同的。

如从下文的实验部分将明显的是，本发明的EPG能够在其已经被组装后立即产生电流，因此是与常规的电容器不同的装置。此外并且令人惊讶地，本发明的EPG的性能具有对温度的强烈依赖性，即电势差随温度增加。特别地，相对于现有技术的传统发电机，根据本发明的EPG不需要温度梯度。事实上，本发明的电力发电机能够将部分热能转换成电能，即使是在等温条件。具体地并且有利地，在将温度从20℃增加至80℃的情况下，由本发明的电力发电机测量的电流增加了1.5-4倍。

根据本发明，EPG有利地能够在宽的温度范围内提供电能。有利地，由EPG提供的电能对温度具有高稳定性。

本发明的EPG通过电学角度(electric point of view)来表征。首先，通过万用表测量开路电压(OCV)，EPG装置在包括铝和石墨作为电极以及具有MgO的氧化物的混合物作为主要组分的配置中示出1V的电压。制备了根据本发明的其他EPG装置，并且取决于组分、电极和粉末材料，结果从50mV至1200mV变化。

参考2A和图2B。选择专用电路EC以便从电学角度表征EPG。特别地，测试了基于混合氧化物粉末的EPG。如图2A中的电路所示，EPG与具有初始电压Vi＝0V的电容器C串联连接。更准确地说，电路EC包括开关SW，该开关SW在第一开关状态下将EPG连接至电容器C。在充电阶段期间(图2A)，EPG将电容器充电直至平衡电压。一旦电容器被充电，开关SW被激活(处于第二开关状态)，从而将电容器连接至任意负载电阻器R_L，用于对电容器放电(放电阶段或停止阶段(rest phase))；EPG现在被电气隔离(图2B)。对于术语电阻器通常意指电阻器(electric resistor)、二极管、其组合，或当开关SW处于所述第二开关状态时能够对电容器C放电的任何电气部件。

存储在电容器中的能量由特征电容(characteristic capacity)和通过万用表测量的充电电压(Vc)来计算；优选地，在该设备中使用电化学电容器。在所执行的测试之一中，延时开关(temporized switch)被用于电容器的交替充电和其中EPG被电气隔离的停止阶段，在该阶段中发生电压单元恢复。在该阶段期间(图2B)，电容器与任意电阻器(RL)串联连接，其唯一的目的是在下一个充电循环开始之前使其完全放电，放电曲线通过万用表来监测。

图3示出了与图2中相同的测试电路中的PGM。

现在将通过本发明的活性材料和EPG的一些非限制性实施例来说明本发明。

实施例：

实施例1：

本发明的EPG的制备

在典型的程序中，将具有约100μm的厚度的铝箔放置在具有2cm直径的圆形模具的底部。将如由Sigma-Aldrich出售的、具有在从10nm至40μm的范围内、优选地在1μm-10μm的范围内、更优选地在2μm-5μm的范围内的平均直径的0.1g的MgO粉末喷洒在Al上，并且用活塞以0.01MPa轻轻压制，以压实活性粉末。然后将石墨粉末(100μm筛目，0.05g)或铜粉末(20μm筛目，0.03g)喷洒在活性材料上，并且移除模具。最后，施加800MPa的压缩应力持续5分钟，并且然后释放。如所获得的丸片(pill)具有2cm的直径、0.05cm的厚度以及0.35g的重量。

不受任何理论的束缚，发明人认为，在OCV方面，根据系列N₂>空气(湿)>空气(干)>O₂(干)>CO₂(干)，在制备程序期间使不同的选定气体物质流动可以提高如所获得的EPG的最终性能。

实施例2：

本发明的EPG的制备

在典型的程序中，将具有约100μm的厚度的铝箔放置在具有1.5cm直径的圆形模具的底部。将如由Sigma-Aldrich出售的、具有在从10nm至40μm的范围内、优选地在1μm-10μm的范围内、更优选地在2μm-5μm的范围内的平均直径的0.1g的ZrO₂粉末喷洒在Al上，并且用活塞以0.01MPa轻轻压制，以压实活性粉末。然后将铜箔(50μm的厚度和1.5cm的直径)或铜粉末(20μm筛目，0.03g)喷洒在活性材料上，并且移除模具。最后，施加800MPa的压缩应力持续5分钟，并且然后释放。如所获得的丸片具有1.5cm的直径和1.76cm²的有效面积。

不受任何理论的束缚，发明人认为，在OCV方面，根据系列N₂>空气(湿)>空气(干)>O₂(干)>CO₂(干)，在制备程序期间使不同的选定气体物质流动可以提高如所获得的EPG的最终性能。

实施例3：

本发明的EPG的制备

在典型的程序中，将具有约100μm的厚度的铝箔放置在具有1.5cm直径的圆形模具的底部。将如由Sigma-Aldrich出售的、具有在从10nm至40μm的范围内、优选地在1μm-10μm的范围内、更优选地在2μm-5μm的范围内的平均直径的0.1g的MgO粉末喷洒在Al上，并且用活塞以0.01MPa轻轻压制，以压实活性粉末。然后将铜箔(50μm的厚度和1.5cm的直径)或铜粉末(20μm筛目，0.03g)喷洒在活性材料上，并且移除模具。最后，施加800MPa的压缩应力持续5分钟，并且然后释放。如所获得的丸片具有1.5cm的直径和1.76cm²的有效面积。

不受任何理论的束缚，发明人认为，在OCV方面，根据系列N₂>空气(湿)>空气(干)>O₂(干)>CO₂(干)，在制备程序期间使不同的选定气体物质流动可以提高如所获得的EPG的最终性能。

实施例4：

本发明的EPG的制备

在典型的程序中，将具有约100μm的厚度的铝箔放置在具有1.5cm直径的圆形模具的底部。将如由Sigma-Aldrich出售的、具有在从10nm至40μm的范围内、优选地在1μm-10μm的范围内、更优选地在2μm-5μm的范围内的平均直径的0.1g的In₂O₃粉末喷洒在Al上，并且用活塞以0.01MPa轻轻压制，以压实活性粉末。然后将铜箔(50μm的厚度和1.5cm的直径)或铜粉末(20μm筛目，0.03g)喷洒在活性材料上，并且移除模具。最后，施加800MPa的压缩应力持续5分钟，并且然后释放。如所获得的丸片具有1.5cm的直径和1.76cm²的有效面积。

不受任何理论的束缚，发明人认为，在OCV方面，根据系列N₂>空气(湿)>空气(干)>O₂(干)>CO₂(干)，在制备程序期间使不同的选定气体物质流动可以提高如所获得的EPG的最终性能。

实施例5：

本发明的EPG的制备

在典型的程序中，将具有约100μm的厚度的铝箔放置在具有1.5cm直径的圆形模具的底部。将如由Sigma-Aldrich出售的、具有在从10nm至40μm的范围内、优选地在1μm-10μm的范围内、更优选地在2μm-5μm的范围内的平均直径的0.1g的GeO₂粉末喷洒在Al上，并且用活塞以0.01MPa轻轻压制，以压实活性粉末。然后将铜箔(50μm的厚度和1.5cm的直径)或铜粉末(20μm筛目，0.03g)喷洒在活性材料上，并且移除模具。最后，施加800MPa的压缩应力持续5分钟，并且然后释放。如所获得的丸片具有1.5cm的直径和1.76cm²的有效面积。

不受任何理论的束缚，发明人认为，在OCV方面，根据系列N₂>空气(湿)>空气(干)>O₂(干)>CO₂(干)，在制备程序期间使不同的选定气体物质流动可以提高如所获得的EPG的最终性能。

实施例6：

用于本发明的EPG的活性材料的制备

在典型的程序中，将PVDF(聚偏二氟乙烯)薄片(或粉末)混合到NMP(N-甲基-2-吡咯烷酮)溶剂中，并且搅拌持续包括在从12h至48h的范围内的时间范围，直到达到溶质完全溶解。在优选的实施方案中，为了固定PVDF，溶解温度可以被提高至最高80℃。

相对于总重量，溶液中的PVDF含量是至少0.5％，优选地在从4％至10％的范围内。

在该步骤之后，如由Sigma-Aldrich出售的、具有在从10nm至40μm的范围内、优选地在1μm-10μm的范围内、更优选地在2μm-5μm的范围内的平均直径的氧化物粉末以相对于活性材料的总重量的至少0.6％、优选地从10％至30％的量被添加。如所获得的混合物具有优选地包括在从1000cPa至10000cPa的范围内、更优选地在从5000cPa至7000cPa的范围内的粘度值，如用旋转粘度计Viscotester VTR5在T＝25℃以rpm＝20测量的。

组成在以下表中被报告。

不受任何理论的束缚，发明人认为，在OCV方面，根据系列N₂>空气(湿)>空气(干)>O₂(干)>CO₂(干)，在制备程序期间使不同的选定气体物质流动可以提高如所获得的EPG的最终性能。

实施例7：

本发明的EPG的制备

通过使用实施例6的活性材料的组合物来组装电力发电机EPG。

清洁并且蚀刻分别由Cu和Al制成并且具有相同面积(约25cm²)的两个正方形电极，以便用于组装电力发电机。然后用刮刀技术(doctor blade technique)将包含如由Sigma-Aldrich出售的氧化物粉末的活性材料沉积在Cu电极的表面上，所述氧化物粉末具有在从10nm至40μm的范围内、优选地在1μm-10μm的范围内、更优选地2μm-5μm的平均直径。活性材料的厚度是约500μm。将如此获得的产品在从60℃至100℃、优选地从70℃至90℃的温度范围内烘烤持续在30分钟至12小时的范围内的时间段，优选地2小时，以便干燥活性材料，从而获得固体电力发电机。在该步骤之后，将Al电极以相对于Cu电极平行的方式放置在沉积的活性材料的顶部。将两个电极轻轻地按压在一起，确保活性材料与它们自身的表面均匀接触。

所使用的含氧化合物以及因此活性材料包含配位水，所述配位水在相对于含氧化合物的从按重量计0.5％至按重量计7.5％的范围内，优选地从0.5％至3.5％的范围内，更优选地从0.5％至1.5％的范围内。

实施例8：

本发明的EPG的制备

通过使用实施例6的活性材料的组合物来组装电力发电机EPG。

清洁并且蚀刻分别由Cu和Al制成并且具有相同面积(约25cm²)的两个正方形电极，以便用于组装电力发电机。然后用旋涂技术将包含如由Sigma-Aldrich出售的氧化物粉末的活性材料沉积在Cu电极的表面上，所述氧化物粉末具有在从10nm至40μm的范围内、优选地在1μm-10μm的范围内、更优选地2μm-5μm的平均直径，所述旋涂技术将基底从0rpm加速至1000rpm持续30秒，并且在1000rpm持续另外的60秒。

将如此获得的产品在从60℃至120℃、优选地从80℃至100℃的温度范围内烘烤持续在30分钟至12小时的范围内的时间段，优选地2小时，以便干燥活性材料，从而获得固体电力发电机。在该步骤之后，将Al电极以相对于Cu电极平行的方式放置在沉积的活性材料的顶部。将两个电极轻轻地按压在一起，确保活性材料与它们自身的表面均匀接触。

所使用的含氧化合物以及因此活性材料包含配位水，所述配位水在相对于含氧化合物的从按重量计0.5％至按重量计7.5％的范围内，优选地在从0.5％至3.5％的范围内，更优选地在从0.5％至1.5％的范围内。

实施例9：

本发明的EPG的活性材料的制备

在典型的程序中，甲醇镁(6wt％-10wt％的在甲醇中的溶液)被用作前体。干的甲醇、乙酸和单乙醇胺分别被用作溶剂和稳定剂。将甲醇镁(2mL-10mL)在干的甲醇(4mL-12mL)中稀释，同时将乙酸(0.02mL-0.1mL，AA/醇盐的比率0.1-0.5)和单乙醇胺(0.01mL-0.05mL)加入到在另一个烧瓶中的干的甲醇(4mL-12mL)中。然后，将乙酸和单乙醇胺溶液加入到Mg前体溶液中，随后反应持续0.5h-4h。然后将MgO溶液在50℃声处理持续5分钟-30分钟，并且随后加热、搅拌并老化持续12h-24h。可以通过简单的浸涂或旋涂技术将如所获得的凝胶应用在金属电极上，并且在180℃-700℃、优选地200℃-500℃、更优选地250℃-450℃热处理。热处理持续时间在5分钟-100分钟、优选地5分钟-30分钟、更优选地5分钟-20分钟的范围内。对电极(counter electrode)可以在热处理之前或在热处理本身之后被应用在凝胶涂覆的电极(gel-coated electrode)上。

不受任何理论的束缚，发明人认为，在OCV方面，根据系列N₂>空气(湿)>空气(干)>O₂(干)>CO₂(干)，在制备程序期间使不同的选定气体物质流动可以提高如所获得的EPG的最终性能。

实施例10：

本发明的EPG的电学表征

实施例2的EPG通过使用AMEL2553恒电位器/恒流器进行电气表征。电路在图4中示出。更详细地，图4示出了EPG，其提供电流输入(current in)，与其自身的内部电阻(Ri)相耦合。该内部电阻通常被定义为开路电势与短路电流之间的比率。EPG被串联连接至10μF的电容器，并且电容器的电压通过连接与其并联的恒流器来监测。源电阻(Ri)强烈地依赖于活性材料的组分。活性材料导致具有低电导率。电力发电机通过运行电势分析、设定零电流(开路电压)来表征。结果在图5中示出。参考后者，可以看出，在35s之后，电容器被充电直至760mV，对应于8x10^-10Wh。

实施例11：

本发明的EPG的热学表征

使用图6中报告的电路方案，在不同的温度测试实施例3的电力发电机。测试持续了900秒。在其最初的60秒期间，已经在环境温度(即18℃)进行开路电压测量。然后，在等于50℃的温度加热EPG。将该温度保持恒定持续100秒。在此时间间隔之后，将EPG在环境温度(T_a)冷却。OCV对于全部实验持续时间均被监测。实验已经使用AMEL2553恒电位器/恒流器进行。

获得了图7中报告的曲线。在等于50℃的温度测量的开路电压比初始值高1.5倍。在50℃时的时间间隔之后，OCV随着温度的降低而逐渐降低。

实施例12：

本发明的EPG的电学表征

对于具有如实施例1中的特征即如实施例1中的厚度、活性介质、组成、电极材料、电极面积的EPG，已经评估了在交替放电(alternate discharge)的情况下工作的可能性。对于该测试，已经使用了如图2A和图2B中的电路。在所述电路中，已经提供了10欧姆的负载电阻R_L。交替放电包括5分钟的工作和5分钟的停止。然而，可以应用不同的开关时间。在5分钟的工作中，电路被关闭并且电容器被EPG充电。在5分钟的停止中，电路是开放的(open)并且电容器被负载电阻R_L放电。表达“接通状态”想要表示其中电容器被充电的工作周期。在特定情况下，这种情况每5分钟循环发生。对于接下来的5分钟，电容器从EPG切断(断开状态)，并由R_L放电。

在10μF电容器和50μF电容器两者上进行这种实验。图8和图9分别示出了对于10μF和50μF电容器在断开状态刚开始时的电容器的OCV值。

表1

电容器	平均OCV[V]	Wh	Wh/L	Wh/Kg
					10μF	1.25	2.16E-09	1.38E-05	6.07E-06
50μF	0.9	5.66E-09	3.61E-05	1.59E-05

考虑表1中列出的值，可以注意到，将电容器的容量增加了五倍，相对供应的能量几乎高2.6倍。

明显的是，电路对EPG的性能具有很大的影响。

实施例13：

通过在开路电压(OCV)检测中使用AMEL2553恒电位器/恒流器来测试实施例2的电力发电机。电路方案在图6中报告。随时间的OCV测量值在图10中示出，其中可以看到OCV值在时间上稳定在1.135V。

实施例14：

为了证明具有能够提供更高功率值的发电机模块(PGM)的可能性，将根据实施例1制造的三个EPG串联连接。开路电压用AMEL2553恒电位器/恒流器监测。电路在图11中报告。图12示出了，三个EPG在室温的OCV值在时间上恒定在1.6V，而基于实施例1的单个EPG的OCV值是约0.5V。