[发明专利]基于双电荷层的滑动式发电机及其发电方法

说明书

基于双电荷层的滑动式发电机及其发电方法。滑动式发电机设有第一、第二部件，第一部件由第一薄膜层和第一导电层组成，第一导电层紧贴在第一薄膜层背后；第二部件由第二薄膜层和第二导电层组成，所述第二导电层紧贴在第二薄膜层背后；带电第一薄膜层表面与带电第二薄膜层表面和溶液中的电解质离子构成双电荷层，总体保持中性；在外力作用下，第一薄膜层和第二薄膜层发生相对滑动，导致重叠面积在滑动过程中发生变化，重叠部分间的液体和液体中的带电粒子被排开，双电荷层被破坏，第一薄膜层和第二薄膜层表面所带有的电荷无法被溶液中的异种电荷离子屏蔽，从而在第一导电层和第二导电层中感应出电势差，驱动电子流动，在外电路形成电流。

技术领域

本发明涉及一种发电机，尤其是涉及一种基于双电荷层的滑动式发电机及其发电方法。

背景技术

随着世界经济的发展，人类对能源的消耗日益增加，石油和煤炭等化石能源的大量消耗，带来严重的能源短缺和环境问题。寻找绿色的、可再生能源已经成为人类社会的共识。海洋中蕴含着丰富的动能，能够提供持续的、清洁的能源供给。由于海洋中的潮汐能、洋流能等动能的能量密度低，利用传统的水力发电机技术造成效率低下，无法实现大规模应用(Lin W Z.Catch wave power in floating nets.Nature,2017,542(7640):159-160)。空气中的摩擦纳米发电机，在湿度较大的情况下摩擦纳米发电机的输出急剧下降甚至会降为0，在海洋能的利用上有受到很大的限制(Guo H,Chen J,Tian L,et al.Airflow-Induced Triboelectric Nanogenerator as a Self-Powered Sensor for DetectingHumidity and Airflow Rate.ACS Applied Materials&Interfaces,2014,6(19):17184-17189)。

发明内容

本发明旨在提供能将溶液中的机械能转化为电能的一种基于双电荷层的滑动式发电机及其发电方法。

所述基于双电荷层的滑动式发电机设有第一部件和第二部件，所述第一部件由第一薄膜层和第一导电层组成，所述第一导电层紧贴在第一薄膜层背后；所述第二部件由第二薄膜层和第二导电层组成，所述第二导电层紧贴在第二薄膜层背后；所述第一薄膜层能在工作环境中吸附带电粒子或通过电离出带电基团而显正电性或负电性；所述第二薄膜层能在工作环境中吸附带电粒子或通过电离出带电基团而显正电性或负电性；所述带电第一薄膜层表面与带电第二薄膜层表面和溶液中的电解质离子构成双电荷层，总体保持中性；在外力作用下，第一薄膜层和第二薄膜层发生相对滑动，导致重叠面积在滑动过程中发生变化，重叠部分间的液体和液体中的带电粒子被排开，双电荷层被破坏，此时第一薄膜层和第二薄膜层表面所带有的电荷无法被溶液中的异种电荷离子屏蔽，从而在第一导电层和第二导电层中感应出电势差，驱动电子流动，在外电路形成电流。

所述第一薄膜层、第二薄膜层、第一导电层和第二导电层的尺寸和形状相同或不同。

在受外力作用时，第一薄膜层和第二薄膜层发生滑动，接触面积发生变化。

所述第一薄膜层和第二薄膜层的材料可相同或不同，第一薄膜层和第二薄膜层的材料可选自聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、氧化石墨烯、石墨烯、聚乙烯醇、棉及其织物、聚二甲基硅氧烷、聚三氟氯乙烯、聚四氟乙烯、派瑞林、聚己二酸乙二醇酯、聚邻苯二甲酸二烯丙酯、液晶高分子聚合物、聚氨酯弹性体、二硫化钼、石英、聚乙烯、聚氯乙烯、聚甲醛、乙基纤维素、聚酰胺尼龙11、聚酰胺尼龙66、聚氨酯弹性体、硬橡胶、苯乙烯丙烯共聚物、聚丙烯腈、苯乙烯-丙烯腈共聚物、苯乙烯丁二烯共聚物、聚羊毛及其织物、苯胺甲醛树脂、蚕丝及其织物、纸、人造纤维、聚碳酸酯、丙烯腈、聚异丁烯、聚乙烯醇缩丁醛、聚丙烯、氯丁橡胶、天然橡胶、丁苯橡胶等表面可带电或者不带电的材料中的至少一种。

所述第一薄膜层、第二薄膜层、第一导电层和第二导电层可为软质材料或硬质材料。