[发明专利]一种湿气发电机及其制备方法

说明书

本发明涉及一种湿气发电机及其制备方法。该湿气发电机包括依次设置的基底、第一电极、纳米线层和第二电极，其中，所述纳米线层设置在所述第一电极和所述第二电极之间，其是由随机分布的纳米线组成。本发明还提供了上述湿气发电机的制备方法。本发明所提供的湿气发电机采用纳米线形成的网络结构，该结构具有良好的亲水性，并且其中所含有的大量纳米空隙对湿气扩散十分有利，能够使湿气发电机具有较高的功率输出密度。当湿气发电机的基底采用柔性材料制成时，配合具有良好柔性的纳米线层网络结构，可以使湿气发电机具有良好的机械柔性，可以贴在人体皮肤表面，实时监测人体呼吸状态、或作为可穿戴的触摸电子屏。

技术领域

本发明涉及一种湿气发电机及其制备方法，属于新能源发电技术领域。

背景技术

近年来，随着能源危机和环境问题的逐渐加剧，清洁、可再生能源器件的研究和应用得到全球的关注。其中，太阳能、热能、机械振动能、风能、声波能、生物能源等陆续被用来发电，在自供电系统和可穿戴领域有广泛的应用前景。

然而，上述能源形式在应用上仍然有较多限制，例如太阳能发电装置在无光照时无法工作；机械振动在被用来发电的同时也可能降低系统的可靠性，风能发电装置在无风条件下无法工作。

最近，湿气作为自然界和生物过程中广泛存在的资源正被用来发电，扩展了自然界中可用来发电的资源。然而，现有的湿气发电方法输出功率密度较低，对于器件的机械柔性报道较少，而且湿气发电在自供电、可穿戴领域的报道较少鲜有报道。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种湿气发电机，该湿气发电机基于纳米线，具有较高的功率输出密度，具有良好的自发电功能。

为达到上述目的，本发明提供了一种湿气发电机，其包括依次设置的基底、第一电极、纳米线层和第二电极，其中，所述纳米线层设置在所述第一电极和所述第二电极之间，其是由随机分布的纳米线组成。

在本发明的湿气发电机中，第一电极、纳米线层和第二电极形成夹层发电结构，第一电极与第二电极作为发电结构的电压和电流的输出电极；在使用时，该结构暴露在有湿气的环境中，湿气在纳米线层中扩散，在第一电极和第二电极之间产生电势差，在第一电极与第二电极之间形成电荷流动，产生电流。上述湿气也可以称为水汽，其可以来自于环境空气、人体的呼吸、人体手指、动物的呼吸、挥发性液体等。

在本发明的一个具体实施方案中，随机分布是指在整个纳米线层内，纳米线以无规律的形式分布。当纳米线层以纳米线随机分布的方式存在时，纳米线可以相互交叉形成纳米线网络结构，例如图2和图3所示，纳米线相互之间会形成较多(相对于竖直排列的方式)的孔洞(或称空隙)，这样有助于湿气在纳米线层中的扩散，并且可以获得相对于竖直排列方式更高的功率输出密度。优选地，在上述纳米线网络结构中，纳米线相互交叉形成的孔的孔径小于200纳米，优选大部分小于100纳米。这种随机分布的方式优选是采用电泳沉积的方法形成的。

在本发明的湿气发电机中，优选地，纳米线的材料具有正的Zeta电位或负的Zeta电位。

在本发明的湿气发电机中，优选地，所述纳米线的材料为电阻率大于100欧姆·米的材料，可以避免第一电极与第二电极短路。

在本发明的湿气发电机中，优选地，所述纳米线层为亲水性的。更优选地，所述纳米线层与水的接触角(或称润湿角)θ≤60°。纳米线层具有良好的亲水性，能够促进湿气等在纳米线层中的扩散，进而提高功率输出密度。

在本发明的湿气发电机中，纳米线层的厚度可以控制为1-100微米，优选为5-20微米。纳米线层的厚度与电压的关系如图13所示。

在本发明的湿气发电机中，所采用的纳米线可以为氧化钛纳米线和/或氧化锌纳米线。纳米线的直径优选为70-300纳米。