[發(fā)明專利]一種基于電化學(xué)原理的波浪能量回收裝置及能量回收方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110309477.8
• 申請日: 2021-03-23
• 公開（公告）號(hào): CN113027664B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐鳴;燕增宇;田蜜;王倩
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué);深圳華中科技大學(xué)研究院
• 主分類號(hào): F03B13/14
• 分類號(hào): F03B13/14;H02N11/00
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 夏倩

本發(fā)明公開了一種基于電化學(xué)原理的波浪能量回收裝置及能量回收方法，屬于海洋波浪能能量回收技術(shù)領(lǐng)域，包括能量回收機(jī)構(gòu)，其用于將海水液面變化所產(chǎn)生壓力的波浪能轉(zhuǎn)化電能，能量回收機(jī)構(gòu)包括工作電極、隔膜和對電極，工作電極采用雙電層結(jié)構(gòu)材料制成，能量回收機(jī)構(gòu)采用雙電層結(jié)構(gòu)材料的壓力?誘導(dǎo)電勢變化特性來將海水液面變化所產(chǎn)生的波浪能轉(zhuǎn)化為電能，能量回收機(jī)構(gòu)根據(jù)波浪能轉(zhuǎn)化得到的電能所對應(yīng)的功率與對應(yīng)的液面變化之間的關(guān)系及當(dāng)前的功率獲得當(dāng)前的液面變化，由此實(shí)現(xiàn)海洋波浪能的實(shí)時(shí)回收。本發(fā)明在較低受壓頻率下也可以將波浪能轉(zhuǎn)化為電能，可以回收低于現(xiàn)有波浪能量回收器件最低回收頻率的波浪能量，拓寬了可回收的波浪頻率區(qū)間。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于海洋波浪能能量回收技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于電化學(xué)原理的波浪能量回收裝置及能量回收方法。

背景技術(shù)

由于不可再生能源的快速消耗以及不可再生資源使用帶來的環(huán)境污染、全球變暖等問題，可再生能源的開發(fā)與應(yīng)用受到了廣泛關(guān)注，得到了快速發(fā)展。對于可再生能源的回收利用具有廣闊的應(yīng)用前景。

海洋能是一種依附在海水中的可再生能源，海洋通過各種物理過程接收、儲(chǔ)存和散發(fā)能量，這些能量以潮汐、波浪、溫度差、鹽度梯度、海流等形式存在于海洋之中。其中波浪能是一種很好的可再生能源，據(jù)世界能源委員會(huì)的調(diào)查結(jié)果顯示：全球可利用的波浪能達(dá)到20億kW，波浪中蘊(yùn)藏著巨大的能量，且由于波浪能的能量密度很大，有效產(chǎn)能時(shí)間很長，因此各國日益重視波浪能的回收利用。

目前現(xiàn)有的波浪能回收裝置有三種：振蕩水柱式、擺式和聚波式，但這三種回收裝置大多存在著裝置成本高，能量回收效率低下的問題，且其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，容易損壞，維修困難，在波浪能回收的廣泛應(yīng)用存在諸多的限制。

海洋波浪具有力大、低速的特點(diǎn)，海洋波浪往往以幾秒為一周期做低頻的無規(guī)則的往復(fù)運(yùn)動(dòng)。據(jù)資料顯示，傳統(tǒng)的基于電磁發(fā)電技術(shù)的波浪能發(fā)電裝置在低頻低振幅的海浪作用情況下，很難有效的發(fā)揮出發(fā)電效果，目前我國波浪能量回收前沿領(lǐng)域的摩擦電納米發(fā)電機(jī)回收波浪頻率范圍在0.5-2.5Hz，最大輸出功率對應(yīng)波浪頻率為1.5Hz，而對于低于0.5Hz的波浪能量回收，仍存在困難。

現(xiàn)有的較為穩(wěn)定高效的波浪能回收設(shè)備，為解決能量回收效率低的問題，大多采用集成化的安裝形式，其維護(hù)成本較高，抵抗極端天氣能力差，且其加入了可控葉片、變阻尼、整流設(shè)備、定壓設(shè)備等結(jié)構(gòu)，增加了設(shè)備制造的成本和工作量，限制了波浪能量回收的產(chǎn)業(yè)化和標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用。

因此，現(xiàn)在仍亟發(fā)展異種在低于0.5Hz的低頻海洋波浪環(huán)境下可以回收波浪能量的裝置。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種基于電化學(xué)原理的波浪能量回收裝置及能量回收方法，其基于目前現(xiàn)有的波浪能量回收裝置的原理及工作特點(diǎn)，針對波浪能量回收裝置在低頻環(huán)境下，尤其是低于0.5Hz的波浪中回收能量的問題對能量回收機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。本發(fā)明所述的能量回收裝置在海水液面變化所產(chǎn)生壓力的波浪能作用下，工作電極材料片層間距發(fā)生變化，導(dǎo)致工作電極的電化學(xué)可用面積發(fā)生變化，進(jìn)而使得電化學(xué)雙電層電容改變，由于其平衡電荷保持不變，波浪能量回收裝置就會(huì)在外界壓力作用下產(chǎn)生一定的電勢變化，通過裝置中的能量回收結(jié)構(gòu)，將波浪能轉(zhuǎn)化為電能，從而實(shí)現(xiàn)波浪能量的回收利用。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種基于電化學(xué)原理的波浪能量回收裝置，其特征在于：所述裝置包括能量回收機(jī)構(gòu)；

所述能量回收機(jī)構(gòu)包括工作電極(1)、隔膜(2)和對電極(3)，所述工作電極(1)與所述對電極(3)貼合設(shè)置于所述隔膜(2)的兩側(cè)，且所述對電極(3)與所述工作電極(1)組成使電流通過的回路；

所述工作電極(1)采用雙電層結(jié)構(gòu)材料制成，所述工作電極(1)經(jīng)海水浸潤后，其表面吸附平衡電荷，液面變化使得所述工作電極(1)的電化學(xué)可用面積減小，繼而使所述工作電極(1)的雙電層電容發(fā)生變化，由此所述能量回收機(jī)構(gòu)產(chǎn)生電勢變化以將波浪能轉(zhuǎn)化為電能，以實(shí)現(xiàn)對海洋波浪能量的回收。