[发明专利]一种离子热运动原理发电方法及其石墨烯电池

说明书

技术领域

本发明涉及石墨烯薄膜材料在发电和电池领域的应用，尤其涉及一种新的发电方法和一种新的非化学反应类电池。

背景技术

在2004年英国科学家发现石墨烯材料以来，由于其优异的电学、光学、热学和力学性能，以及优良的耐酸碱能力，该材料具有巨大的的应用潜力。

在目前已知的材料中，石墨烯薄膜材料具有最高的电子传导速度，大约为光速的1/300。目前，对于石墨烯材料在发电和储能领域的研究主要集中于利用石墨烯替代碳作为锂电池和超级电容器的电极材料。但是，还未有直接利用石墨烯作为发电和电池器件主要功能部件的研究。

在纳米发电和热电发电领域，目前的研究有温差发电，压电材料发电等技术，但是这些技术面临着发电效率不高、制造成本高、工艺复杂、器件稳定性差、难以回收利用、对环境造成污染等问题。所以，寻找性能更佳的高效能量转换技术，必须要新原理突破，发电材料和结构设计已成为纳米发电、热电发电以及电池行业的主要研究方向。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服传统的电池安全隐患多、需要使用电充电、寿命短、对人体和环境有危害的缺陷，提供一种安全可靠、不需要使用电充电、使用寿命长、对人体和环境无危害的离子热运动原理发电方法及其石墨烯电池。

为了解决上述技术问题，本发明提出以下技术方案：一种离子热运动原理的发电方法，包括以下步骤：

步骤1：将石墨烯转移至一衬底上，将石墨烯薄膜粘接在衬底上；

步骤2：在石墨烯薄膜的一端沉积比石墨烯的功函数高的导电材料，制成第一电极，在石墨烯薄膜的另一端沉积比石墨烯的功函数低的导电材料，制成第二电极；

步骤3：将两端的第一电极和第二电极使用两根金属导线导出；

步骤4：在一容器外壳中盛放有离子盐溶液，将衬底、石墨烯薄膜、第一电极、第二电极、两根金属导线整体浸入该离子盐溶液中，该两根金属导线引到该容器外壳的外部，将容器外壳进行密封，避免离子盐溶液的泄露。

上述技术方案的进一步限定在于，在步骤3与步骤4之间，还包括如下步骤：将第一电极和第二电极本身以及第一电极、第二电极与石墨烯薄膜的边缘封装起来，形成一封胶层，避免离子盐溶液腐蚀第一电极和第二电极，同时避免石墨烯薄膜的脱落；

上述技术方案的进一步限定在于，该离子盐溶液的正价离子由含有下列离子中的一种、两种或者多种离子的盐制成：铜离子、铁离子、钴离子、镍离子、锌离子、钾离子、钠离子、锰离子、铝离子、钙离子、镁离子、锂离子。

上述技术方案的进一步限定在于，该第一电极的导电材料是由含有下列物质中的一种、两种或者多种导电材料制成的：铂、金、镍、铁、石墨、碳、钴、硅；该第二电极的导电材料是由含有下列物质中的一种、两种或者多种导电材料制成的：银、铝、锰、铜、铁、钼、铅、钨、锌。

上述技术方案的进一步限定在于，该石墨烯薄膜为一层、两层、三层、四层以及前述两种、多种薄膜的混合薄膜。

为了解决上述技术问题，本发明提出以下技术方案：一种石墨烯电池，其包括一个容器外壳、盛放在该容器外壳中的离子盐溶液、一个衬底、一层石墨烯薄膜、一个第一电极、一个第二电极、两根金属导线、一层封胶层；

该层石墨烯薄膜粘接在该衬底的一面上；

该第一电极由比石墨烯的功函数高的导电材料制成，该第一电极沉积在该石墨烯薄膜的一端；

该第二电极由比石墨烯的功函数低或相近的导电材料制成，该第二电极沉积在该石墨烯薄膜的另一端；

该两根金属导线分别连接该第一电极和该第二电极；

该封胶层包覆在该第一电极以及该第二电极的外部；

上述衬底、石墨烯薄膜、第一电极、第二电极、两根金属导线、封胶层成为一个整体，浸入该离子盐溶液中，该两根金属导线引到该容器外壳的外部。

上述技术方案的进一步限定在于，该离子盐溶液的正价离子由含有下列离子中的一种、两种或者多种离子的盐制成：铜离子、铁离子、钴离子、镍离子、锌离子、钾离子、钠离子、锰离子、铝离子、钙离子、镁离子、锂离子。

上述技术方案的进一步限定在于，该衬底是由二氧化硅、硅片、PET板、塑料板或料膜材料制成的。

上述技术方案的进一步限定在于，该第一电极的导电材料是由含有下列物质中的一种、两种或者多种导电材料制成：铂、金、镍、铁、石墨、碳、钴、硅；该第二电极的导电材料是由下列物质中的一种、两种或者多种混合制成的：银、铝、锰、铜、铁、钼、铅、钨、锌。