[发明专利]集成微纳能量回收与存储芯片及其制备方法

说明书

集成微纳能量回收与存储芯片及其制备方法，该芯片由自下而上的基座、中间层、顶层以及嵌套在这三层结构中的发电正极模块、发电负极模块以及电容模块构成；其中发电正极模块和发电负极模块内部分别含有多孔三维石墨烯与对应的正性和负性颗粒，在芯片受到振动时颗粒与三维石墨烯壁面碰撞摩擦，分别产生正负电荷，经过电源管理模块处理后向外供电；电容模块的作用是在发电功率大于供电功率时存储振动能量转换而来的电能，并在发电功率不足时向外补充供电。本发明芯片中集成了能量回收和存储元件，可以持续向外供电并存储富余电量。芯片体积小，适用于移动消费电子产品与物联网等；芯片采用半导体工艺批量生产，成本低，适于规模应用。

技术领域

本发明涉及能量回收与存储技术领域，具体涉及一种基于三维石墨烯的集成微纳能量回收与存储芯片及其制备方法。

背景技术

移动消费电子产品和物联网发展迅速，伴随而来的是移动能量供给或者分布式能量供给需求。目前移动消费电子领域如手机、笔记本电脑、智能手表等主要依赖电池供电；物联网节点供电则采用电网和电池供电两种方式。电池供电的问题包括续航时间受限制、电池充放电次数有限、性能易退化等；电网供电持续性强，但是需要建立供电网络，额外增加了物联网复杂程度和建设运营成本；此外对于气象监测、地质监测、水文监测等野外作业物联网系统，电网供电成本过高难以实用，电池供电又难以保证长时间持续供电。因此可提供长时间持续性能量供给的可移动能量源对于消费电子和物联网发展具有重要意义。

发明内容

针对移动消费电子产品和物联网能量需求，本发明旨在提供一种可长时间持续供电的集成微纳能量回收与存储芯片及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用如下方案：

集成微纳能量回收与存储芯片，由自下而上的基座1、中间层2、顶层3以及嵌套在这三层结构中的发电正极模块4、发电负极模块5以及电容模块6构成；

所述基座1上具有正极盲槽1-1、电容盲槽1-2与负极盲槽1-3，基座电容负极引线孔1-4以及隔膜台阶1-5；

所述中间层2上具有正极通槽2-1、电容通槽2-2、负极通槽2-3以及中间电容负极引线孔2-4；中间层2所有通槽为贯通上下表面的结构；

所述的顶层3上具有发电正极引线孔3-1、发电正极集流槽3-2、电容正极引线孔3-3、电容正极集流槽3-4、顶层电容负极引线孔3-5、发电负极集流槽3-6以及发电负极引线孔3-7；其中各引线孔均贯穿顶层3，各集流槽均位于顶层下表面；各引线孔横向位置位于对应的集流槽区域内；

所述的基座1、中间层2和顶层3从下到上依次叠加；

所述的正极盲槽1-1、正极通槽2-1以及发电正极集流槽3-2径向尺寸相同，相互对准，共同围成一个空腔，在该空腔内部自下而上依次布置有发电正极4-1与发电正极集流器4-2，二者相互接触；发电正极引线孔3-1内部填充发电正极引线4-3；顶层3上表面并位于发电正极引线孔3-1端面周围区域设置发电正极焊盘4-4；发电正极4-1产生的正电荷被发电正极集流器4-2收集，并通过发电正极引线4-3导出至发电正极焊盘4-4存储；所述发电正极4-1、发电正极集流器4-2、发电正极引线4-3和发电正极焊盘4-4构成发电正极模块4；

所述的负极盲槽1-3、负极通槽2-3以及发电负极集流槽3-6径向尺寸相同，相互对准，共同围成一个空腔，在该空腔内部自下而上依次布置有发电负极5-1与发电负极集流器5-2，二者相互接触；发电负极引线孔3-7内部填充发电负极引线5-3；顶层3上表面并位于发电负极引线孔3-7端面周围区域设置发电负极焊盘5-4；发电负极5-1产生的负电荷被发电负极集流器5-2收集，并通过发电负极引线5-3导出至发电负极焊盘5-4；所述发电负极5-1、发电负极集流器5-2、发电负极引线5-3和发电负极焊盘5-4构成发电负极模块5；