[发明专利]自充电能量系统及其制备方法

说明书

本发明提供一种自充电能量系统，包括摩擦纳米发电机、与所述摩擦纳米发电机电连接的整流桥、与所述整流桥电连接的超级电容器，还包括导电层，所述导电层同时用作所述摩擦纳米发电机的感应电极、所述整流桥的引脚焊接区或贴合区、所述超级电容器的微电极以及用于连接所述摩擦纳米发电机、所述整流桥、所述超级电容器的导电线路，且所述摩擦纳米发电机、所述整流桥及所述超级电容器集成于所述导电层而形成所述自充电能量系统。本发明提供的自充电能量系统实现了机械能的采集和存储于一体，具有结构简单、稳定性高的特点，可以为小型可穿戴电子设备提供持续的能量供给。

技术领域

本发明属于纳米技术领域，特别涉及一种基于摩擦纳米发电机的自充电能量系统及其制备方法。

背景技术

随着全球温室效应、酸雨和雾霾等环境问题越来越严重，已经迫使人们寻求更加清洁的可再生能源。目前，太阳能、风能、潮汐能等可再生能源正逐步取代传统的火力发电，然而，这些能源属于间歇式能源，难以进行持续性的能量供给，并且受周围环境和地域的限制，必须进行远距离输送电，由此产生成本增加和安全用电等问题。

发明内容

鉴于上述技术问题，为了克服上述现有技术的不足，本发明提出了一种自充电能量系统及其制备方法。

根据本发明的一个方面，提供了一种自充电能量系统，包括摩擦纳米发电机、与所述摩擦纳米发电机电连接的整流桥、与所述整流桥电连接的超级电容器，还包括导电层，所述导电层同时用作所述摩擦纳米发电机的感应电极、所述整流桥的引脚焊接区或贴合区、所述超级电容器的微电极以及用于连接所述摩擦纳米发电机、所述整流桥、所述超级电容器的导电线路，且所述摩擦纳米发电机、所述整流桥及所述超级电容器集成于所述导电层而形成所述自充电能量系统。

根据一些实施方式，所述导电层包括纸基底、涂覆于所述纸基底上表面的含碳涂层及镀于所述含碳涂层上表面的金属层。

根据一些实施方式，所述摩擦纳米发电机包括第一感应电极、第二感应电极及摩擦层，所述第一感应电极及所述第二感应电极的结构与所述导电层的结构相同，所述摩擦层贴合于所述第一感应电极的上表面，所述第一感应电极及所述第二感应电极沿对称轴方向向内对折，形成上下对应的类“U”字形结构。

根据一些实施方式，所述整流桥的交流输入端连接所述摩擦纳米发电机，直流输出端连接所述超级电容器。

根据一些实施方式，所述纸基底的材料为印刷纸、牛皮纸、卡纸、铜版纸、相纸、硫酸纸、拷贝纸或Teslin复合纸中的一种，形成所述含碳涂层的浆料为碳纳米管(CNT)、石墨烯浆料中的一种或其混合物，所述金属层为金、银、铜或者铝中的一种或其组合。

根据一些实施方式，所述摩擦层的材质选自于聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚偏二氟乙烯、聚乙丙烯共聚物、聚三氟氯乙烯、乙烯四氟乙烯共聚物、偏氟乙烯三氟乙烯共聚物、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二酯这些材料中的一种或其组合。

根据一些实施方式，所述超级电容器为叉指型平面微型超级电容器、同心圆型结构或双螺旋形结构。

根据一些实施方式，所述超级电容器由微电极和凝胶电解质溶液组装而成，所述微电极采用所述导电层制成，所述凝胶电解质为PVA/H₂SO₄、PVA/KOH、PVA/Na₂SO₄或PVA/LiCl。

根据一些实施方式，所述导电线路的线宽设置为0.2至3mm。

根据本发明的另一方面，还提供了一种自充电能量系统的制备方法，包括以下步骤：制备导电层；根据自充电能量系统的整体布局及各组成元件结构激光刻蚀导电层而制成所需要的图案；制作并组装形成自充电能量系统。

本发明的自充电能量系统的有益效果为：