[发明专利]一种能量包

说明书

技术领域

本发明涉及能量储存技术领域，特别涉及可以将机械能储存为电能的能量包。

背景技术

能量转化和储存是当今绿色和可再生能源科学的最重要的技术。它们通常是基于根据不同的途径设计的分立的单元是实现的。

对于能源转换利用，依据自然界中能源的本质（例如太阳能，热能，化学能和机械能等），人们发展了各种机制将这些能量来转化成电能。例如对于小尺度的机械能，压电纳米发电机是一个能够将低频生物机械能转化成电能的有效途径。而对于传统能量储存，以电化学能量储存系统（如电容、电池等）为例，它们通常需要依靠外界电源提供恒定电压或电流来充电。这些储能系统只能用于能量的储存而不能自己产生电能。

在现有的技术中，要利用自然界的能量转化为电能以给储能装置充电，只能通过外部电路的连接整合，而且往往要经过诸如整流等单元，不仅使储能装置结构复杂，而且电流经过在外电路和这些外部单元中的传递，会产生一定的能量损耗，影响能量利用效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够将能量转换和储存集成于一个过程中的能量包，以作为一种新型、高效、绿色、可再生的持续能源。

为实现上述目的，本发明提供一种能量包，包括被电解液分隔开的正极和负极，以及位于正极和负极之间的压电离子传输层，其中，

所述压电离子传输层，在机械力作用下产生由正极指向负极的压电电场。

优选地，所述的压电离子传输层为具有排列整齐偶极矩和压电特性的材料。

优选地，所述的压电离子传输层为锆钛酸铅、聚偏氟乙烯或氧化锌。

优选地，所述负极与正极相对的表面包括纳米颗粒、纳米管或纳米线。

优选地，所述压电离子传输层还包括与所述负极表面形成互补的纳米结构。

优选地，所述正极包括锂离子电池正极材料LiCoO₂或LiMn₂O₄。

优选地，所述的负极为钛箔，负极表面覆盖的纳米结构为二氧化钛纳米管或纳米线。

优选地，所述正极和负极与电解液接触的表面都包括纳米颗粒、纳米管或纳米线。

优选地，所述正极和负极的结构包括泡沫镍和覆盖在泡沫镍上的四氧化三钴纳米线阵列。

优选地，所述的电解液为：锂离子电池体系的LiPF₆、LiClO₄或LiBF₄的碳酸烯酯类有机电解液，或者Li₃N固体电解质，或者用于超级电容器体系的KOH水溶液、四氟硼酸四乙基铵的有机溶液。

优选地，所述电解液为1mol/L的KOH水溶液或有机溶液。

优选地，所述的正极和/或负极包括作为集流体的导电体。

优选地，所述的导电体包括铝或铜的金属箔、金属片或金属泡沫。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：

本发明提供的能量包，通过在正极和负极之间引入压电离子传输层材料，如锆钛酸铅（PZT）、聚偏氟乙烯（PVDF）、氧化锌（ZnO）等各种压电材料来替代电池或超级电容器的器件构造中的固有单元。本发明的能量包既无损保留了原有电化学系统的能量储存特性，同时又可以利用压电材料在机械作用下产生的压电电势，驱动电解液中的离子迁移，导致离子浓度发生不均匀再分布，以引发充电过程，是一种自充电能量包。本发明能够使得锂离子电池等储能器件和系统不依靠外电源，而通过环境中机械振动而实现充电，不仅结构简单，而且不存在外电路的能量损耗问题。

由于自然界中的机械能无处不在，本发明大大拓展了锂离子电池和超级电容器等储能器件的应用范围。本发明的自充电能量单元不但将在传统应用领域，如手机等个人电子设备上得到广泛的使用，同时还将作为理想的电源为新型器件和系统供电，如自驱动传感网络、环境/基础设施监控、生物医学传感器和其他生物医学器件如心脏起搏器等、混合动力汽车、移动电子设备、机器人等方面的应用。

附图说明

通过附图所示，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1为本发明的能量包的结构示意图（A）和自充电原理示意图（B）；

图2为本发明实施例一中的基于锂离子电池的能量包的结构示意图；

图3为本发明实施例一中的基于锂离子电池的能量包的扫描电镜照片；