[發(fā)明專利]一種可變形的高效摩擦發(fā)電裝置及其發(fā)電方法

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• 申請日: 2021-03-24
• 公開（公告）號: CN112838781A
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發(fā)明（設計）人: 陳華民;張誠;王軍
• 申請（專利權）人: 閩江學院
• 主分類號: H02N1/04
• 分類號: H02N1/04;F03B13/14
• 代理公司: 福州元創(chuàng)專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 吳志龍;蔡學俊

本發(fā)明公開了一種可變形的高效摩擦發(fā)電裝置及其發(fā)電方法，包括由外至內依次設置的軟體外殼，能量傳遞介質和發(fā)電層。發(fā)電層包括外電極層及位于外電極層內的內電極層、所述內電極層與外電極層之間具有使外電極層內與內電極層分隔的支撐層；支撐層包括位于內電極層表面外側部的內支撐體及位于外電極層表面內側部的外支撐體；內支撐體與外支撐體相向面之間具有交錯設置的摩擦凸部；所述內支撐體與外支撐體之間具有間隙，本發(fā)明可摩擦發(fā)電裝置減少了能量傳遞過程中的損失，能充分利用多個方向的海浪能，空間利用率高，具有更高的能量轉換效率和輸出能量密度，非常適合收集海浪或水浪的能量。本發(fā)明具有結構簡單新穎、適用性強、易于推廣等優(yōu)點。

技術領域

本發(fā)明涉及一種可變形的高效摩擦發(fā)電裝置及其發(fā)電方法。

背景技術

摩擦納米發(fā)電機由于具有材料來源廣、制備流程簡單、可延展性高、輸出功率高、生物兼容性好等優(yōu)點脫穎而出，適于自供電系統(tǒng)的摩擦納米發(fā)電機吸引了世界的廣泛關注。研究者們針對摩擦納米發(fā)電機的結構設計、性能模擬和應用領域開展了大量的研究。摩擦發(fā)電可以收集環(huán)境中的機械能，如風能、聲波能、人體動能等，尤其是水能。由于摩擦納米發(fā)電技術在低頻下能量轉換效率高，因此摩擦納米發(fā)電是一種將海水波動能量轉換成電能的簡單、性價比高的方法，是一種有前景的海水利用技術。隨著摩擦納米發(fā)電技術的快速發(fā)展，在收集水能方面已經取得了許多的成果，涌現了許多的原型器件。

但是大部分收集海水的摩擦納米發(fā)電機多是剛性結構，主要基于固-固摩擦原理，其輸出功率仍有待進一步提高。其主要瓶頸是剛性器件的海水空間利用率不高，海水能量在傳遞的過程中大量損失。因此減少能量傳遞過程，研究海水流動環(huán)境下增強器件輸出性能的原理十分重要。

可延展柔性器件會隨著海水流動而改變形狀，能充分利用多個方向的海浪能，其關鍵問題是如何設計電極和器件結構，使得器件在形變下仍能保持高輸出性能，因此亟需開發(fā)可形變的摩擦納米發(fā)電機。

發(fā)明內容

本發(fā)明對上述問題進行了改進，即本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種高效收集波浪能的可變形摩擦發(fā)電裝置。

本發(fā)明的具體實施方案是：一種可以高效收集波浪能的可變形摩擦發(fā)電裝置，該可形變摩擦發(fā)電裝置包括由外至內依次設置的軟體外殼，能量傳遞介質和發(fā)電層。軟體外殼用于隔絕外部液體環(huán)境為給整個發(fā)電裝置提供保護，同時吸收波浪的能量；能量傳遞介質可以流動，用于將波浪能量高效傳遞給發(fā)電層；發(fā)電層包括外電極層及位于外電極層內的內電極層、所述內電極層與外電極層之間具有使外電極層內與內電極層分隔的支撐層；所述支撐層包括位于內電極層表面外側部的內支撐體及位于外電極層表面內側部的外支撐體；所述內支撐體與外支撐體相向面之間具有交錯設置的摩擦凸部；所述內支撐體與外支撐體之間具有間隙。

進一步的，所述外電極層由可延展電極層及柔性絕緣層構成，所述柔性絕緣層包裹于可延展電極的表面為其提供支撐, 所述內電極層由絕緣層和剛性電極層組成，所述絕緣層包裹于剛性電極層外部。

進一步的，所述摩擦凸部表面具有用于增加接觸面積和摩擦效應的二級凸起。

進一步的，所述軟體外殼能隨著波浪運動而變形，軟體外殼的材料為橡膠、乳膠、塑料、牛津布、強化纖維或滌綸，所述軟體外殼厚度為0.1mm～1mm。

進一步的，所述能量傳遞介質為液態(tài)，能量傳遞介質為純水或水溶液。

進一步的，所述外電極層為球狀或橢圓狀，所述可延展電極具有可拉伸性，能在收縮或擴張下保持導電性，可延展電極為導電水凝膠、液態(tài)封裝電極、褶皺金屬電極或褶皺石墨烯電極,所述柔性絕緣層為材料聚甲基硅樹脂、氨基硅樹脂或氟硅樹脂，柔性絕緣層的厚度為0.1mm～1mm。

進一步的，剛性電極位于軟體外殼的中心，剛性電極為實心的球體或橢圓體，剛性電極材料為碳材料、金屬或合金導電材料，絕緣層覆蓋在剛性電極表面，剛性電極為絕緣層提供支撐，絕緣層材料為聚甲基硅樹脂、氨基硅樹脂或和氟硅樹脂，厚度在0.1mm～1mm。