[发明专利]一种基于氧化铝纤维的水伏与湿气发电器件制备方法

说明书

本发明提供一种基于氧化铝纤维的水伏与湿气发电器件制备方法。首先，将不同尺寸的氧化铝纤维分散在溶剂中，得到氧化铝纤维浆料；然后，在基底上自下而上分别涂覆不同尺寸氧化铝纤维浆料，底部为小尺寸氧化铝纤维，自下而上氧化铝纤维尺寸逐步增加，干燥后得到一种基于氧化铝纤维的水伏与湿气发电器件。本发明所述方法制备的器件能够依靠氧化铝涂层的毛细作用和水蒸发自发产生电能，也可吸收湿气发电，不需要额外的能量输入，发电方式高度自发，受环境限制少，具备高的能量输出，并且能够长时间维持，适用于多种应用场景。

技术领域

本发明涉及水蒸发产电与湿气发电器件制备领域，尤其是一种基于氧化铝纤维的水伏与湿气发电器件制备方法。

背景技术

水覆盖了约71％的地球表面，在人体中其重量约占70％。水与能量密切相关，维持着地球系统的能量循环，生物体的温度平衡，是天然的吸能器、储能器、换能器和传能器。太阳辐射到达地表能量的近70％被水吸收，水在地球上动态吸纳释放能量的年平均功率高达60万亿千瓦，比全人类年平均能量消耗功率高出3个数量级。传统的水能利用模式受自然条件的限制大，容易被地形、气候等外部因素所影响，大型设施设备的建造和使用容易导致生态破坏和成本提升。

纳米材料具有显著的量子效应和表面效应，可与各种形式的水发生耦合而输出显著的电信号，如石墨烯可通过双电层的边界运动将拖动和下落水滴的能量直接转化为电能、也可将海水波动能转化为电能。碳黑等纳米结构材料可通过大气环境下无所不在的水的自然蒸发，持续产生伏级的电能。这类直接转化水能为电能的现象称为“水伏效应”。水伏效应为全链条式捕获地球水循环的水能开辟了全新的方向，提升了水能利用能力。郭万林、曲良体、张助华、唐群委、周建新、周军等人在水伏科学与技术领域做出了开创性的研究。水伏效应的研究刚刚起步，需要开发应用环境多样化、能量转化高效、发电成本低廉的新型水伏材料与器件。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于氧化铝纤维的水伏与湿气发电器件制备方法。氧化铝纤维外观呈白色，光滑、柔软、富有弹性、尤如脱脂棉，它集晶体材料和纤维材料特性于一体，有较好的耐热稳定性和良好的耐化学腐蚀性能。氧化铝纤维在去离子水或中性水溶液中表面会形成羟基，使表面带有正电荷。氧化铝纤维交织堆叠形成涂层，具有显著的毛细作用，有水从孔隙通道中流过时，孔道表面将会带有丰富的正电荷，因此在表面将会形成双电层，在流动液体的带动下，阴离子将会在水流方向富集，形成离子浓度差，进而产生流动电压和流动电流，可用于水伏发电。另外，选用不同尺寸的氧化铝纤维，自下而上分别涂覆于水伏器件不同区域，由于比表面积的差异，形成离子差浓度，在水伏发电过程中可提供离子扩散的另外一种动力，进一步提升输出电压。在湿度较大的环境中，器件可以吸收环境中的水分，水分诱发氧化铝纤维表面正负离子对的分离，由于比表面积的差异形成离子差浓度，从而在外电路中产生电能，这种产电方式绿色环保且稳定，可用于湿度传感器或者湿气发电。

本发明采用如下技术方案：

一种基于氧化铝纤维的水伏与湿气发电器件制备方法，包括如下步骤：

(1)将不同尺寸的氧化铝纤维分散在溶剂中，得到氧化铝纤维浆料；

(2)在基底上设有上电极和下电极的一面，自下而上分别涂覆不同尺寸氧化铝纤维浆料，底部为小尺寸氧化铝纤维，自下而上氧化铝纤维尺寸逐步增加，一个区域干燥完全后，依次涂覆下一区域，干燥后得到一种基于氧化铝纤维的水伏与湿气发电器件。

步骤(1)中的氧化铝纤维的直径为5nm-1μm，长度为200nm-100μm。

步骤(1)中的溶剂为甲醇、乙醇或去离子水，氧化铝纤维与溶剂的质量比为3∶7-7∶3。

步骤(2)中的基底为柔性基底，柔性基底为涤纶树脂膜、聚酰亚胺膜、聚氯乙烯膜、聚丙烯膜、聚四氟乙烯膜或铁氟龙胶带。

步骤(2)中的上电极和下电极的电极材料为无机导电材料或金属导电材料，上电极与下电极的电极间隔为1-10cm。