[发明专利]一种可变形的高效摩擦发电装置及其发电方法

说明书

本发明公开了一种可变形的高效摩擦发电装置及其发电方法，包括由外至内依次设置的软体外壳，能量传递介质和发电层。发电层包括外电极层及位于外电极层内的内电极层、所述内电极层与外电极层之间具有使外电极层内与内电极层分隔的支撑层；支撑层包括位于内电极层表面外侧部的内支撑体及位于外电极层表面内侧部的外支撑体；内支撑体与外支撑体相向面之间具有交错设置的摩擦凸部；所述内支撑体与外支撑体之间具有间隙，本发明可摩擦发电装置减少了能量传递过程中的损失，能充分利用多个方向的海浪能，空间利用率高，具有更高的能量转换效率和输出能量密度，非常适合收集海浪或水浪的能量。本发明具有结构简单新颖、适用性强、易于推广等优点。

技术领域

本发明涉及一种可变形的高效摩擦发电装置及其发电方法。

背景技术

摩擦纳米发电机由于具有材料来源广、制备流程简单、可延展性高、输出功率高、生物兼容性好等优点脱颖而出，适于自供电系统的摩擦纳米发电机吸引了世界的广泛关注。研究者们针对摩擦纳米发电机的结构设计、性能模拟和应用领域开展了大量的研究。摩擦发电可以收集环境中的机械能，如风能、声波能、人体动能等，尤其是水能。由于摩擦纳米发电技术在低频下能量转换效率高，因此摩擦纳米发电是一种将海水波动能量转换成电能的简单、性价比高的方法，是一种有前景的海水利用技术。随着摩擦纳米发电技术的快速发展，在收集水能方面已经取得了许多的成果，涌现了许多的原型器件。

但是大部分收集海水的摩擦纳米发电机多是刚性结构，主要基于固-固摩擦原理，其输出功率仍有待进一步提高。其主要瓶颈是刚性器件的海水空间利用率不高，海水能量在传递的过程中大量损失。因此减少能量传递过程，研究海水流动环境下增强器件输出性能的原理十分重要。

可延展柔性器件会随着海水流动而改变形状，能充分利用多个方向的海浪能，其关键问题是如何设计电极和器件结构，使得器件在形变下仍能保持高输出性能，因此亟需开发可形变的摩擦纳米发电机。

发明内容

本发明对上述问题进行了改进，即本发明要解决的技术问题是提供一种高效收集波浪能的可变形摩擦发电装置。

本发明的具体实施方案是：一种可以高效收集波浪能的可变形摩擦发电装置，该可形变摩擦发电装置包括由外至内依次设置的软体外壳，能量传递介质和发电层。软体外壳用于隔绝外部液体环境为给整个发电装置提供保护，同时吸收波浪的能量；能量传递介质可以流动，用于将波浪能量高效传递给发电层；发电层包括外电极层及位于外电极层内的内电极层、所述内电极层与外电极层之间具有使外电极层内与内电极层分隔的支撑层；所述支撑层包括位于内电极层表面外侧部的内支撑体及位于外电极层表面内侧部的外支撑体；所述内支撑体与外支撑体相向面之间具有交错设置的摩擦凸部；所述内支撑体与外支撑体之间具有间隙。

进一步的，所述外电极层由可延展电极层及柔性绝缘层构成，所述柔性绝缘层包裹于可延展电极的表面为其提供支撑, 所述内电极层由绝缘层和刚性电极层组成，所述绝缘层包裹于刚性电极层外部。

进一步的，所述摩擦凸部表面具有用于增加接触面积和摩擦效应的二级凸起。

进一步的，所述软体外壳能随着波浪运动而变形，软体外壳的材料为橡胶、乳胶、塑料、牛津布、强化纤维或涤纶，所述软体外壳厚度为0.1mm～1mm。

进一步的，所述能量传递介质为液态，能量传递介质为纯水或水溶液。

进一步的，所述外电极层为球状或椭圆状，所述可延展电极具有可拉伸性，能在收缩或扩张下保持导电性，可延展电极为导电水凝胶、液态封装电极、褶皱金属电极或褶皱石墨烯电极,所述柔性绝缘层为材料聚甲基硅树脂、氨基硅树脂或氟硅树脂，柔性绝缘层的厚度为0.1mm～1mm。

进一步的，刚性电极位于软体外壳的中心，刚性电极为实心的球体或椭圆体，刚性电极材料为碳材料、金属或合金导电材料，绝缘层覆盖在刚性电极表面，刚性电极为绝缘层提供支撑，绝缘层材料为聚甲基硅树脂、氨基硅树脂或和氟硅树脂，厚度在0.1mm～1mm。