[發(fā)明專利]集成微納能量回收與存儲(chǔ)芯片及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010416010.9
• 申請(qǐng)日: 2020-05-16
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111564988B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-07-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 白民宇;劉歡;劉衛(wèi)國(guó);王宇晶;解飛;趙季杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H02N2/18
• 分類號(hào): H02N2/18;H02N2/00;B82Y40/00
• 代理公司: 西安智大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 何會(huì)俠

集成微納能量回收與存儲(chǔ)芯片及其制備方法，該芯片由自下而上的基座、中間層、頂層以及嵌套在這三層結(jié)構(gòu)中的發(fā)電正極模塊、發(fā)電負(fù)極模塊以及電容模塊構(gòu)成；其中發(fā)電正極模塊和發(fā)電負(fù)極模塊內(nèi)部分別含有多孔三維石墨烯與對(duì)應(yīng)的正性和負(fù)性顆粒，在芯片受到振動(dòng)時(shí)顆粒與三維石墨烯壁面碰撞摩擦，分別產(chǎn)生正負(fù)電荷，經(jīng)過(guò)電源管理模塊處理后向外供電；電容模塊的作用是在發(fā)電功率大于供電功率時(shí)存儲(chǔ)振動(dòng)能量轉(zhuǎn)換而來(lái)的電能，并在發(fā)電功率不足時(shí)向外補(bǔ)充供電。本發(fā)明芯片中集成了能量回收和存儲(chǔ)元件，可以持續(xù)向外供電并存儲(chǔ)富余電量。芯片體積小，適用于移動(dòng)消費(fèi)電子產(chǎn)品與物聯(lián)網(wǎng)等；芯片采用半導(dǎo)體工藝批量生產(chǎn)，成本低，適于規(guī)模應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及能量回收與存儲(chǔ)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于三維石墨烯的集成微納能量回收與存儲(chǔ)芯片及其制備方法。

背景技術(shù)

移動(dòng)消費(fèi)電子產(chǎn)品和物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展迅速，伴隨而來(lái)的是移動(dòng)能量供給或者分布式能量供給需求。目前移動(dòng)消費(fèi)電子領(lǐng)域如手機(jī)、筆記本電腦、智能手表等主要依賴電池供電；物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)供電則采用電網(wǎng)和電池供電兩種方式。電池供電的問(wèn)題包括續(xù)航時(shí)間受限制、電池充放電次數(shù)有限、性能易退化等；電網(wǎng)供電持續(xù)性強(qiáng)，但是需要建立供電網(wǎng)絡(luò)，額外增加了物聯(lián)網(wǎng)復(fù)雜程度和建設(shè)運(yùn)營(yíng)成本；此外對(duì)于氣象監(jiān)測(cè)、地質(zhì)監(jiān)測(cè)、水文監(jiān)測(cè)等野外作業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，電網(wǎng)供電成本過(guò)高難以實(shí)用，電池供電又難以保證長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)供電。因此可提供長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)性能量供給的可移動(dòng)能量源對(duì)于消費(fèi)電子和物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)移動(dòng)消費(fèi)電子產(chǎn)品和物聯(lián)網(wǎng)能量需求，本發(fā)明旨在提供一種可長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)供電的集成微納能量回收與存儲(chǔ)芯片及其制備方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下方案：

集成微納能量回收與存儲(chǔ)芯片，由自下而上的基座1、中間層2、頂層3以及嵌套在這三層結(jié)構(gòu)中的發(fā)電正極模塊4、發(fā)電負(fù)極模塊5以及電容模塊6構(gòu)成；

所述基座1上具有正極盲槽1-1、電容盲槽1-2與負(fù)極盲槽1-3，基座電容負(fù)極引線孔1-4以及隔膜臺(tái)階1-5；

所述中間層2上具有正極通槽2-1、電容通槽2-2、負(fù)極通槽2-3以及中間電容負(fù)極引線孔2-4；中間層2所有通槽為貫通上下表面的結(jié)構(gòu)；

所述的頂層3上具有發(fā)電正極引線孔3-1、發(fā)電正極集流槽3-2、電容正極引線孔3-3、電容正極集流槽3-4、頂層電容負(fù)極引線孔3-5、發(fā)電負(fù)極集流槽3-6以及發(fā)電負(fù)極引線孔3-7；其中各引線孔均貫穿頂層3，各集流槽均位于頂層下表面；各引線孔橫向位置位于對(duì)應(yīng)的集流槽區(qū)域內(nèi)；

所述的基座1、中間層2和頂層3從下到上依次疊加；

所述的正極盲槽1-1、正極通槽2-1以及發(fā)電正極集流槽3-2徑向尺寸相同，相互對(duì)準(zhǔn)，共同圍成一個(gè)空腔，在該空腔內(nèi)部自下而上依次布置有發(fā)電正極4-1與發(fā)電正極集流器4-2，二者相互接觸；發(fā)電正極引線孔3-1內(nèi)部填充發(fā)電正極引線4-3；頂層3上表面并位于發(fā)電正極引線孔3-1端面周圍區(qū)域設(shè)置發(fā)電正極焊盤(pán)4-4；發(fā)電正極4-1產(chǎn)生的正電荷被發(fā)電正極集流器4-2收集，并通過(guò)發(fā)電正極引線4-3導(dǎo)出至發(fā)電正極焊盤(pán)4-4存儲(chǔ)；所述發(fā)電正極4-1、發(fā)電正極集流器4-2、發(fā)電正極引線4-3和發(fā)電正極焊盤(pán)4-4構(gòu)成發(fā)電正極模塊4；

所述的負(fù)極盲槽1-3、負(fù)極通槽2-3以及發(fā)電負(fù)極集流槽3-6徑向尺寸相同，相互對(duì)準(zhǔn)，共同圍成一個(gè)空腔，在該空腔內(nèi)部自下而上依次布置有發(fā)電負(fù)極5-1與發(fā)電負(fù)極集流器5-2，二者相互接觸；發(fā)電負(fù)極引線孔3-7內(nèi)部填充發(fā)電負(fù)極引線5-3；頂層3上表面并位于發(fā)電負(fù)極引線孔3-7端面周圍區(qū)域設(shè)置發(fā)電負(fù)極焊盤(pán)5-4；發(fā)電負(fù)極5-1產(chǎn)生的負(fù)電荷被發(fā)電負(fù)極集流器5-2收集，并通過(guò)發(fā)電負(fù)極引線5-3導(dǎo)出至發(fā)電負(fù)極焊盤(pán)5-4；所述發(fā)電負(fù)極5-1、發(fā)電負(fù)極集流器5-2、發(fā)電負(fù)極引線5-3和發(fā)電負(fù)極焊盤(pán)5-4構(gòu)成發(fā)電負(fù)極模塊5；