[發明專利]一種可組裝模塊化單電極摩擦發電機及其制備方法

在審

• 申請號: 202310022067.4
• 申請日: 2023-01-07
• 公開（公告）號: CN116054627A
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發明（設計）人: 陳靜怡;黃俊俊;趙興科;桂成梅;劉悅;沈誠;萬佳佳
• 申請（專利權）人: 合肥學院
• 主分類號: H02N1/04
• 分類號: H02N1/04;C09D129/04;C09D183/04;C09D7/61;C01B32/168
• 代理公司: 合肥金律專利代理事務所(普通合伙) 34184
• 代理人: 段曉微

本發明公開了一種可組裝模塊化單電極摩擦發電機，包括：織構結構鎳包覆碳管、金屬電極片、第一涂層、第二包覆層；其中，金屬電極片夾住織構結構鎳包覆碳管一端部分區域；第一涂層覆蓋金屬電極片及織構結構鎳包覆碳管未被金屬電極片夾住的區域；第二包覆層完全包裹織構結構鎳包覆碳管未被金屬電極片夾住的區域以及與該區域相鄰的金屬電極片的部分區域；還公開了其制備方法，先采用化學鍍法制備表面沉積鎳的織物，煅燒，得到織構結構鎳包覆碳管，然后采用金屬電極片夾住織構結構鎳包覆碳管一端部分區域，再在相應區域涂覆第一涂層材料、第二包覆層材料得到。所述單電極摩擦機具有可組裝、性能穩定、電輸出性能優異等特點。

技術領域

本發明屬于摩擦發電領域，尤其涉及一種可組裝模塊化單電極摩擦發電機及其制備方法。

背景技術

21世紀以來，基于移動互聯技術的快速發展，物聯網成為新一代信息技術的重要組成部分和發展階段。物聯網是將互聯網和世界各地的任何東西(例如航運對象，貨物運輸商和人等)鏈接起來的技術驅動力，它需要廣泛分布的信息傳感設備，用于健康監測，平安家居，智能交通，物流供應，環境保護，基礎設施監測和安全等領域。驅動單個傳感器件所需要的能量是微小的，而驅動這些數以億計傳感器的能源供應是亟待解決的問題。考慮到傳統電池技術有限的壽命，高維護成本和環境問題，這不是物聯網供能的最佳解決方案。

王中林院士在2006年和2012年分別發明基于壓電納米發電機和摩擦納米發電機首次提出通過從工作環境收集能量使設備自供電，并可持續地操作和運轉，從而實現自驅動系統。目前的研究基本上集中于單個摩擦發電機研究，隨著摩擦發電機的研究逐步深入，制備大尺寸的摩擦發電機，實現大面積發電是行業產業化進程中面臨的一個重要問題。

發明內容

基于上述技術問題，本發明借鑒工業中模塊化設計思路，基于摩擦納米發電技術設計提供了一種可組裝的模塊化單電極摩擦發電機，按照需求將多個單電極摩擦發電機組合，能夠實現大面積發電，具有靈活調控的特點。

本發明具體方案如下

本發明提供了一種可組裝模塊化單電極摩擦發電機，包括：織構結構鎳包覆碳管、金屬電極片、第一涂層、第二包覆層；

其中，金屬電極片夾住織構結構鎳包覆碳管一端部分區域；第一涂層覆蓋金屬電極片及織構結構鎳包覆碳管未被金屬電極片夾住的區域；第二包覆層完全包裹織構結構鎳包覆碳管未被金屬電極片夾住的區域以及與該區域相鄰的金屬電極片的部分區域；

第一涂層材料包括聚乙烯醇溶液和金屬鹽；第二包覆層材料包括聚二甲基硅氧烷和固化劑。

本發明所述單電極摩擦發電機中，第二包覆層覆蓋區域為負極，其他區域為正極。根據需要在襯底表面安置多個單電極摩擦發電機，并用導線按需求組合、連接發電機表面的金屬電極，即可實現大尺寸單電極摩擦發電機的組裝，能夠實現大面積發電。

所述襯底包括但不限于地板，當行人通過行走、跳躍、跑步、拍球或車輛在其表面壓過等方式在摩擦發電機表面施力，即可實現發電。發電機理在于：在受外界力時，第二包覆層發生彈性變形，并且將應力傳遞給第一涂層覆蓋的織構結構鎳包覆碳管，兩者界面發生形變、摩擦產生電能。

優選地，織構結構鎳包覆碳管為長方形或正方形。

優選地，金屬電極片與織構結構鎳包覆碳管等寬；織構結構鎳包覆碳管被金屬電極夾住區域長度為織構結構鎳包覆碳管長度的2-30％。

優選地，金屬電極片選自銅片、銀片、鐵片中任意一種。

優選地，第一涂層材料中的金屬鹽選自氯化鋰、氯化鈉、氯化鋅中至少一種。

優選地，第一涂層材料中聚乙烯醇溶液濃度為1-10％；金屬陽離子濃度為0.1-5.0mol/L。

優選地，第二包覆層厚度為0.01-0.1cm。