[發(fā)明專利]一種用于水伏發(fā)電機(jī)的功能陣列的制備方法

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• 申請日: 2020-09-27
• 公開（公告）號: CN112187109A
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 苗中正
• 申請（專利權(quán)）人: 鹽城師范學(xué)院
• 主分類號: H02N3/00
• 分類號: H02N3/00;B82Y40/00
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• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明提供一種用于水伏發(fā)電機(jī)的功能陣列的制備方法，首先制備垂直取向的石墨烯/氧化鋁納米纖維陣列，然后將乙基纖維素、氧化鋁納米顆粒和氧化鋁納米纖維漿料填滿陣列的通道，在空氣氛圍中退火，在陣列的底部與頂部區(qū)域分別添加防水電極與導(dǎo)線，得到水伏發(fā)電機(jī)的功能陣列。本發(fā)明首次提出“水伏發(fā)電機(jī)”概念，能夠依靠水流定向移動(dòng)產(chǎn)生電能，用以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的水力發(fā)電機(jī)的功能與位置，為水能應(yīng)用提供新的形式。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水伏發(fā)電機(jī)制備領(lǐng)域，尤其是一種用于水伏發(fā)電機(jī)的功能陣列的制備方法。

背景技術(shù)

水與能量密切相關(guān)，維持著地球系統(tǒng)的能量循環(huán)，生物體的溫度平衡，是天然的吸能器、儲能器、換能器和傳能器。太陽輻射到達(dá)地表能量的近70％被水吸收，水在地球上動(dòng)態(tài)吸納釋放能量的年平均功率高達(dá)60萬億千瓦，比全人類年平均能量消耗功率高出3個(gè)數(shù)量級。水以熱能、動(dòng)能的形式存儲所吸收的熱量，更以蒸發(fā)、凝結(jié)、形云布雨、興風(fēng)作浪的形式，把存儲的太陽能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能等多種形式的能量。傳統(tǒng)的水能利用模式受自然條件的限制大，容易被地形、氣候等外部因素所影響，大型設(shè)施設(shè)備的建造和使用容易導(dǎo)致生態(tài)破壞和成本提升。納米材料具有顯著的量子效應(yīng)和表面效應(yīng)，可與各種形式的水發(fā)生耦合而輸出顯著的電信號，如石墨烯可通過雙電層的邊界運(yùn)動(dòng)將拖動(dòng)和下落水滴的能量直接轉(zhuǎn)化為電能、也可將海水波動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能。碳黑等納米結(jié)構(gòu)材料可通過大氣環(huán)境下無所不在的水的自然蒸發(fā)，持續(xù)產(chǎn)生伏級的電能。這類直接轉(zhuǎn)化水能為電能的現(xiàn)象稱為“水伏效應(yīng)”。水伏效應(yīng)為全鏈條式捕獲地球水循環(huán)的水能開辟了全新的方向，提升了水能利用能力。

水伏效應(yīng)的研究剛剛起步，需要開發(fā)應(yīng)用環(huán)境多樣化、能量轉(zhuǎn)化高效、發(fā)電成本低廉的新型水伏材料與器件。大多數(shù)水伏發(fā)電裝置沒有擺脫蒸發(fā)發(fā)電模式，可歸類于本專利發(fā)明人在先前發(fā)明專利中提出的“水伏電池”概念之中，薄膜需盡量做薄，只能利用周圍環(huán)境熱量，且僅能借助毛細(xì)力與蒸發(fā)騰出的空位驅(qū)動(dòng)液體流動(dòng)，導(dǎo)致發(fā)電效率難以進(jìn)一步提升。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出一種新概念-“水伏發(fā)電機(jī)”，用以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的水力發(fā)電機(jī)的功能與位置，為水能應(yīng)用提供新的形式?！八l(fā)電機(jī)”利用的能量形式是傳統(tǒng)的水的重力勢能，并非毛細(xì)力與蒸發(fā)所帶動(dòng)的“水伏電池”中所利用的環(huán)境熱量，驅(qū)動(dòng)力為重力與毛細(xì)力。因此，“水伏發(fā)電機(jī)”利用的能量密度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于“水伏電池”，其輸出功率存在幾個(gè)數(shù)量級提升的可能性，并且在形式上可以更加多樣化，結(jié)構(gòu)受限更少，發(fā)電通道可以做得更長，發(fā)電功能區(qū)可以做得更厚，克服了蒸發(fā)與毛細(xì)力的限制，在工業(yè)應(yīng)用上具備更大優(yōu)勢。“水伏發(fā)電機(jī)”的核心就是發(fā)電陣列，其發(fā)電原理為水伏效應(yīng)，并非傳統(tǒng)水力發(fā)電機(jī)利用水的機(jī)械能帶動(dòng)磁感線的切割產(chǎn)生電能?！八姵亍痹谠砼c形式上更接近于傳統(tǒng)的化學(xué)電池，而本發(fā)明提出的“水伏發(fā)電機(jī)”利用能量的形式更接近于傳統(tǒng)的水力發(fā)電機(jī)。另外，毛細(xì)通道有效利用了伯努利原理，微觀上水流移速極快，狹窄的通道可以使定量的水在更長時(shí)間內(nèi)工作。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種用于水伏發(fā)電機(jī)的功能陣列的制備方法，包括如下步驟：

(1)將氧化石墨烯分散液和氧化鋁納米纖維分散液混合得到混合液，將所述混合液置入預(yù)定容器中，并將所述預(yù)定容器的底部與冷源接觸進(jìn)行方向自下而上的定向冷凍，得到垂直取向的氧化石墨烯/氧化鋁納米纖維陣列，對垂直取向氧化石墨烯/氧化鋁納米纖維陣列進(jìn)行冷凍干燥；

(2)對所述冷凍干燥之后的垂直取向氧化石墨烯/氧化鋁納米纖維陣列進(jìn)行還原處理，得到石墨烯/氧化鋁納米纖維陣列；

(3)將乙基纖維素、氧化鋁納米顆粒和氧化鋁納米纖維放入無水乙醇中加熱攪拌，獲得均勻的漿料，將石墨烯/氧化鋁納米纖維陣列浸入漿料中，使?jié){料填滿陣列的通道；

(4)將填滿漿料的石墨烯/氧化鋁納米纖維陣列放入馬弗爐中，在空氣氛圍中退火，自然冷卻至室溫；

(5)在陣列的底部與頂部區(qū)域分別添加防水電極與導(dǎo)線，在陣列的四周涂覆防水涂層，得到水伏發(fā)電機(jī)的功能陣列。