[发明专利]一种碳纳米管飞轮以及飞轮电池

说明书

本发明公开的一种碳纳米管飞轮以及飞轮电池，涉及飞轮储能技术领域，包括飞轮盘体，所述飞轮盘体全部或者轮缘部分采用碳纳米管基材质制成。碳纳米管作为一维纳米材料，具有重量轻、强度高的特点。当所述飞轮盘体采用了碳纳米管基材质来制造的话，便可以通过碳纳米管的超高强度来提高飞轮结构的环向抗拉强度,抵抗飞轮高速旋转的时候产生的离心力，为飞轮盘体的转速提供更高的极限数值，进而获得更高的储能密度和功率密度。

技术领域

本发明涉及飞轮储能系统,尤其是涉及一种碳纳米管飞轮以及飞轮电池。

背景技术

如何高效地将电能储存起来,一直是人类社会关注的重大课题。目前商业化的储电装置几乎都是各种化学蓄电池,但是它们一直无法摆脱化学电池固有的弊病能量密度小、污染大、寿命短等缺陷。因此,近年来物理储电装置受到了科技界的广泛重视,其中飞轮电池(也有称飞轮储能装置)由于具有比能量高、比功率大、体积小、充电快(以分钟计,而化学电池以小时计)、寿命长、无任何废气废料污染等特点显现出了巨大的优势

飞轮储能系统利用电动发电两用电机来实现充电和放电。充电时,该电机机作为电动机使用,带动飞轮转动放电时,该电机作为发电机使用,飞轮减速,把动能转化为电能释放出去。

经过对现有的飞轮的工作过程研究表明，飞轮在应用于机械能量储存的过程中，其储能密度是其性能的主要衡量指标。对于相同形状的飞轮，其所能够储存的最大能量密度与飞轮材料的比强度成正比。储能飞轮在高速旋转时,承受着很大离心力,离心力在飞轮的外缘最大，所以飞轮的外边缘的材料的比强度往往决定了飞轮电池的储能密度。最常见的飞轮是钢材制作的,钢制飞轮因为材料的强度所限,其最高线速度有一个临界值,超过临界值时,飞轮将会开裂,而产生安全隐患。普通钢制飞轮的线速度低、储能密度也低，仅为39Wh/kg。为了获取高转速,存储更多的能量,轻质高强度材料,例如碳纤维、玻璃纤维的复合飞轮被引入按强度与模量由飞轮内圈到外圈递增的顺序缠绕成飞轮,纤维之间填充合成树脂作为粘结剂。目前最好的飞轮是由碳纤维T1000复合材料制成，储能密度可以达到596Wh/kg。但是，随着人类社会的发展，现有的飞轮已经无法满足更高能量密度存储装置的需求，所以，能够研制出一种超高存储能量密度的飞轮，是本领域急需解决的技术问题。

发明内容

为了克服已有飞轮电池的飞轮的强度无法满足超高速旋转需要的不足,本发明提供一种碳纳米管飞轮以及飞轮电池。

本发明提供的一种碳纳米管飞轮，包括中央设置有通孔的飞轮盘体，所述飞轮盘体全部或者轮缘部分采用碳纳米管材质制成。

在上述技术方案中，对所述飞轮盘体的轮缘部分进行改进，采用了全新的碳纳米管基材质来制造，因为，碳纳米管是迄今为止人类发现的最强的纤维材料(拉伸强度超越100GPa,比强度超过62.5GPa/(g/cm³))的特点，其拉伸强度超越碳纤维和超强钢的数十倍，密度仅为钢的1/6。当所述飞轮盘体采用了碳纳米管基材质来制造的话，便可以通过碳纳米管的超高强度来提高飞轮结构的环向抗拉强度,抵抗飞轮高速旋转的时候产生的离心力，为飞轮盘体的转速提供更高的极限数值，进而获得更高的储能密度和功率密度。

进一步的，在本发明的实施例中，所述飞轮盘体包括轮毂、轮辐和轮缘；

所述轮毂设置在所述轮缘的中央，所述轮辐连接在所述轮毂和所述轮缘之间；

所述通孔设置在所述轮毂的中央。

进一步的，在本发明的实施例中，所述轮缘包括轮缘芯和缠绕在所述轮缘芯上的碳纳米管基材质。

进一步的，在本发明的实施例中，所述轮辐包括轮辐芯和缠绕在所述轮辐芯上的碳纳米管基材质。

进一步的，在本发明的实施例中，所述轮毂包括轮毂芯和缠绕在所述轮毂芯上的碳纳米管基材质。