[發明專利]一種摩擦發電機

有效

• 申請號: 201210160542.6
• 申請日: 2012-05-22
• 公開（公告）號: CN102710166A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 王中林;范鳳茹;林龍;朱光
• 申請（專利權）人: 納米新能源（唐山）有限責任公司
• 主分類號: H02N1/04
• 分類號: H02N1/04;B32B15/04;B32B3/30
• 代理公司: 北京中海智圣知識產權代理有限公司 11282
• 代理人: 李奎書

技術領域

本發明涉及一種發電裝置，尤其是涉及一種微型摩擦發電裝置。

背景技術

采用納米技術的能量收集和轉換裝置，由于其獨特的自發電和自驅動性質，很可能在制造和驅動自供電納米器件和納米系統裝置中起到關鍵性的作用，最近受到了各國研究人員越來越多的關注。2006年，美國佐治亞理工學院王中林教授研究組首次成功實現了利用氧化鋅納米線將機械能轉化成電能的壓電式納米發電機。隨后，以壓電效應為基礎，基于不同材料和結構的各種納米發電機被相繼研制出來。目前，納米發電機的輸出功率足以驅動商用發光二極管（LED）、小型液晶顯示器、甚至自供電無線數據傳送設備。功率密度也已經達到了1-10mW/cm³。

通常來講，發電機是一種能夠生成電荷，將正負電荷分開，并用電勢產生的電荷驅動自由電子流的方法，它能夠以電磁、壓電、熱電、甚至靜電效應為基礎。納米發電機依靠氧化鋅納米線所生成的壓電電勢實現了發電。另一方面，摩擦電和靜電現象是一種非常普遍的現象，存在于我們日常生活中各個層面，從走路到開車等等。由于它很難被收集和利用，往往是被人們所忽略的一種能源形式。如果能夠通過一種新的方法收集摩擦產生的電能或者利用該方法將日常生活中不規則的動能轉成能夠利用的電能，將對人們的日常生活產生重要影響。截止到目前為止，靜電微型發電機已被研制成功，并且在微機電（MEMS）領域得到廣泛應用。但是微型靜電發電機的設計主要以無機硅材料為基礎，并且器件的制造需要復雜的工藝和精密的操作。整個裝置的制備需要大型的儀器設備和特殊的生產條件，造價成本過高，不利于發電機的商業化和日常應用。申請號為200910080638.X的中國發明專利文獻公開了一種旋轉摩擦發電機，該發電機利用摩擦生電現象來發電，外殼內壁的定子摩擦材料與轉子軸筒外壁的轉子摩擦材料緊密接觸，通過旋轉轉子軸筒，使定子摩擦材料與轉子摩擦材料間旋轉摩擦，產生電流，并由轉子輸出端輸出。但是該旋轉摩擦發電機需要特定的機械能帶動，不能用于收集和轉換不規則的動能，如人體肌肉部分的運動及無序的風能等，并且該裝置發電效率不高。

發明內容

本發明為解決現有技術中存在的問題而提供了一種應用環境更廣、發電效率更高的摩擦發電機。

本發明提供了一種摩擦發電機，包括第一電極、第二電極和居間薄膜，所述第一電極包括一側表面設置有導電薄膜的第一高分子聚合物絕緣層；所述第二電極包括一側表面設置有導電薄膜的第二高分子聚合物絕緣層；所述居間薄膜為第三高分子聚合物絕緣層，且其一側表面設有微納凹凸結構，所述居間薄膜未設置微納凹凸結構的表面固定在未設置導電薄膜的第二高分子聚合物絕緣層的表面上，與第二電極形成一體；在所述第二電極上所述居間薄膜微納凹凸結構的表面與第一電極未設置導電薄膜的表面正對貼合而相互固定連接；所述第一高分子聚合物絕緣層上的導電薄膜與第二高分子聚合物絕緣層上的導電薄膜均為摩擦發電機的電壓和電流輸出電極。

本發明還提供一種摩擦發電機組，由本發明的單體摩擦發電機進行串聯或者并聯組成，以提高輸出電流或單位面積的輸出功率。

本發明所述第一高分子聚合物絕緣層、第二高分子聚合物絕緣層、第三高分子聚合物絕緣層材質可以相同，也可以不同。如果三層高分子聚合物絕緣層的材質都相同，會導致摩擦起電的電荷量很小。第一高分子聚合物絕緣層與第二高分子聚合物絕緣層優選相同，能減少材料種類，使本發明的制作更加方便。

更進一步優選的情況下，所述第一高分子聚合物絕緣層與第二高分子聚合物絕緣層、第三高分子聚合物絕緣層為透明材料。所述第一高分子聚合物絕緣層、第二高分子聚合物絕緣層、第三高分子聚合物絕緣層為各自選自透明高聚物聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚二甲基硅氧烷（PDMS）、聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)和液晶高分子聚合物（LCP）中的一種。所述導電薄膜為銦錫氧化物（ITO）、石墨烯電極和銀納米線膜中的一種。采用上述優選材料后，這時整個器件是一個全透明柔性裝置。本發明的透明發電機能用在智能手機的屏幕等高清晰度液晶顯示器、觸摸屏以及其它自驅動的電子顯示屏領域。

所述第一電極、第二電極和居間薄膜均為柔性平板結構，它們通過任意彎曲、變形引起所述電極摩擦起電。柔性平板結構能夠擴大摩擦發電機的應用環境，收集和轉換不規則的動能，如人體肌肉部分的運動及無序的風能等。