[实用新型]一种介质型摩擦发电机

说明书

本实用新型公开了一种介质型摩擦发电机，在输出电极间设置至少两个摩擦发电部件，摩擦发电部件间层叠设置介质部件；介质部件的厚度1～200mm。层叠结构可通过摩擦发电部件和介质部件间隔重复层叠进行扩展。输出电极包括第一电极和第二电极，分别与摩擦发电部件电连接，第一电极和第二电极之间输出电能。利用弹性介质层高弹性、高形变能力和高储能密度的特点，将介质材料的缩放代替传统摩擦发电机带电表面间气隙的开合，获得更大的电容变化率，进而输出大的对外电压，实现摩擦发电机的能量收集和获得高功率密度的输出；同时介质材料本身力学特性较传统摩擦发电机气隙结构设计具有更加优秀的结构稳定性。

技术领域

本实用新型涉及摩擦发电技术领域，具体涉及一种介质型摩擦发电机。

背景技术

在全球变暖和能源危机的大背景下，减少碳排放，寻找可再生的绿色能源是人类文明可持续发展面临的最紧迫的挑战之一。机械振动，在人们的日常生活中以广泛的形式和尺度普遍存在着。在过去的数十年里，对机械能源的收集一直被认为是极具有吸引力的目标。高性能的机械-电能转换器件，因其可以收集广泛存在的机械能成为现代新能源开发的重要研究课题之一。摩擦发电机自2012年佐治亚理工学院王中林院士提出以来即受到了广泛的关注，目前已被证实是一种有效的机械-电能转换方式。

摩擦发电机的输出功率是其重要性能指标之一。因此，人们一直以来致力于通过提高摩擦起电效率或改善发电机结构来提高其输出功率。许多研究通过摩擦材料的表面修饰、改性和结构优化来提高摩擦电荷的数量。也有通过在摩擦层间引入聚苯乙烯等介质材料层来抑制摩擦电荷的泄露以提高器件输出功率。但目前大多是基于气体间隙的电容效应提出的改进技术，鲜少有利用介质层的电容效应进行改进的报道，并且对输出功率的提升幅度有限。

发明内容

为了克服现有摩擦发电机输出功率不高的缺陷，本实用新型提出了一种介质型摩擦发电机，利用弹性介质层高弹性、高形变能力和高储能密度的特点，将介质材料的缩放代替传统摩擦发电机带电表面间气隙的开合，获得更大的电容变化率，进而输出大的对外电压，实现摩擦发电机的能量收集和获得高功率密度的输出；同时介质材料本身力学特性较传统摩擦发电机气隙结构设计具有更加优秀的结构稳定性。

为实现上述目标，本实用新型的技术方案包括：

一种介质型摩擦发电机，在输出电极间设置至少两个摩擦发电部件，摩擦发电部件间层叠设置介质部件；介质部件的厚度1～200mm。

一种介质型摩擦发电机，在输出电极间间隔设置多个摩擦发电部件，相邻摩擦发电部件间层叠设置介质部件，输出电极将摩擦发电部件产生的电流导出；介质部件的厚度1～200mm。

一种介质型摩擦发电机，叠设第一电极、摩擦发电部件、介质部件、摩擦发电部件及第二电极；摩擦发电部件与介质部件交替叠设多个；介质部件的厚度1～200mm。

可选的，介质部件的厚度大于摩擦发电部件的厚度，至少介质部件厚度为摩擦发电部件厚度的10倍。

可选的，所述摩擦发电部件包括依次叠设的第一摩擦层和第二摩擦层，第一摩擦层和第二摩擦层间通过弹性支撑体弹性支撑分隔。比如，弹性支撑体具体为金属弹簧或者是小尺寸弹性高分子支撑体，布设方式置于第一摩擦层与第二摩擦层之间，层间的边缘处，三个及以上以保持结构稳定，实现弹性支撑分隔。

可选的，所述的第一摩擦层的材料为易得电子的负极摩擦材料，第二摩擦层的材料为易失电子的正极摩擦材料；第一摩擦层的材料为高分子材料或金属材料，第二摩擦层的材料为高分子材料或金属材料。

可选的，所述的输出电极包括第一电极和第二电极，第一电极和第二电极分别与至少一个摩擦发电部件电连接。

可选的，所述第一电极的厚度为10μm～25mm，第二电极的厚度为10μm～25mm。

可选的，所述的摩擦发电部件的厚度为10nm～5mm。