[發明專利]基于流動液體的復合式發電機、發電方法和傳感方法

有效

• 申請號: 201410171743.5
• 申請日: 2014-04-25
• 公開（公告）號: CN105099260B
• 公開（公告）日: 2018-05-04
• 發明（設計）人: 林宗宏;程綱;王中林
• 申請（專利權）人: 北京納米能源與系統研究所
• 主分類號: H02N1/06
• 分類號: H02N1/06;H02N1/04;B81B1/00;G01N27/00
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司11283
• 代理人: 陳瀟瀟,肖冰濱

技術領域

本發明涉及發電技術領域，特別是涉及將流動液體中的多種形式的能量轉化為電能的復合式發電機、發電方法和對于水中乙醇濃度的傳感器和傳感方法。

背景技術

自然界和人類生命存續過程中會不斷產生各種能量，如何將能量轉變為我們所需的電力來源，是人們在不斷探尋的方向。摩擦發電機是最近發明的一種新型的將機械能轉化為電能的方式，利用得失電子能力不同的兩種材料之間的互相摩擦，發生表面電荷轉移，能夠將廣泛存在的機械能，如海浪、風能、各種運動物體的動能、以及人體活動如步行、跑動、跳動等形式的能量轉變為電能，為小型電子器件如便攜設備等提供電源。但是，自然界的許多運動，例如：水流、海浪等，不僅包括機械動能，還包括其他形式的能量。例如，水流不僅具有機械動能，同時，水在流動的過程中與周圍的介質(如空氣及輸送管道等)發生摩擦，產生摩擦電荷，使其具有靜電能。現有的摩擦發電機無法同時將水流中不同形式的能量轉化為電能。

發明內容

本發明涉及一種基于流動液體的復合式發電機和發電方法，結合靜電感應發電組件和接觸摩擦發電組件，可以將流動液體中的靜電能和機械動能同時轉化為電能。

本發明提供的基于流動液體的復合式發電機，包括：

第一襯底；

所述第一襯底上表面設置的第一摩擦層；

所述第一襯底下表面設置的第一導電元件；所述第一導電元件連接至等電位；

所述第一導電元件下表面設置的第二摩擦層；

第二襯底；

所述第二襯底上設置的第二導電元件；所述第二導電元件連接至等電位；

所述第二導電元件上表面設置的第三摩擦層；

連接件，所述連接件使所述第二摩擦層與第三摩擦層面對面設置；

當帶電荷的液滴或流動的液體至少部分接觸所述第一摩擦層時，所述液體帶有的電荷使所述第一導電元件上的電荷在等電位與第一導電元件之間流動；

所述帶電荷的液滴或流動的液體的機械能使所述第二摩擦層與所述第三摩擦層表面接觸，所述液體離開發電機時，所述連接件使所述第二摩擦層與第三摩擦層互相分離，使所述第一導電元件與等電位之間形成電流，所述第二導電元件與等電位之間形成電流。

優選的，所述第一摩擦層的上表面為電中性或帶有電荷。

優選的，所述第一摩擦層的組成為絕緣體材料或半導體材料；

所述第二摩擦層和第三摩擦層組成為金屬、絕緣體材料或半導體材料，并且所述第二摩擦層下表面和第三摩擦層上表面的材料存在摩擦電極序差異。

優選的，所述絕緣材料選擇下列一種或幾種：苯胺甲醛樹脂、聚甲醛、乙基纖維素、聚酰胺尼龍11、聚酰胺尼龍66、羊毛及其織物、蠶絲及其織物、紙、聚乙二醇丁二酸酯、纖維素、纖維素醋酸酯、聚乙二醇己二酸酯、聚鄰苯二甲酸二烯丙酯、再生纖維素海綿、棉及其織物、聚氨酯彈性體、苯乙烯-丙烯腈共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、木頭、硬橡膠、醋酸酯、人造纖維、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、聚酯、聚異丁烯、聚氨酯彈性海綿、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯醇縮丁醛、丁二烯-丙烯腈共聚物、氯丁橡膠、天然橡膠、聚丙烯腈、聚(偏氯乙烯-co-丙烯腈)、聚雙酚A碳酸酯、聚氯醚、聚偏二氯乙烯、聚(2,6-二甲基聚亞苯基氧化物)、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚二苯基丙烷碳酸酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亞胺、聚氯乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚三氟氯乙烯、聚四氟乙烯和派瑞林。

優選的，所述半導體材料選擇下列一種或幾種材料：硅、鍺、第Ⅲ和第Ⅴ族化合物、第Ⅱ和第Ⅵ族化合物，以及由Ⅲ-Ⅴ族化合物和Ⅱ-Ⅵ族化合物組成的固溶體；

或者，所述半導體材料選擇下列一種或幾種材料：錳、鉻、鐵、銅的氧化物，或者氧化硅、氧化鈦、氧化鋅、BiO₂和Y₂O₃。

優選的，所述金屬選自下列材料中的一種或者幾種：金、銀、鉑、鋁、鎳、銅、鈦、鉻或硒，以及由上述金屬形成的合金。

優選的，所述第一摩擦層上表面、第二摩擦層下表面和/或第三摩擦層上表面的部分或全部表面包括微納結構層，所述微納結構層包括納米線、納米管、納米顆粒、納米棒、納米花、納米溝槽、微米溝槽、納米錐、微米錐、納米球和/或微米球狀結構，或者由前述結構形成的陣列。

優選的，所述第一摩擦層、第二摩擦層和/或第三摩擦層的材料與其表面的微納結構層的材料相同。

優選的，所述微納結構層為制備所述摩擦層時直接形成；