[发明专利]钟摆式摩擦纳米发电机及能量收集器

说明书

一种钟摆式摩擦纳米发电机及能量收集器，钟摆式摩擦纳米发电机，包括：壳体，内部具有一空腔；一叶片式摆动结构，位于该壳体的空腔中，包含：轴结构，固定于该壳体内部；N个叶片，N≥2，套接于所述轴结构上；以及一结构层，设置于所述叶片的末端；以及电极层，位于壳体的内表面上，包含间隔开的第一电极层和第二电极层；其中，所述叶片式摆动结构的重量分布不均匀，所述结构层与所述电极层之间存在间隙，所述结构层本身携带有电荷或者在随着叶片式摆动结构摆动的过程中会产生电荷。将发电时间大大延长，大幅提升发电机的平均输出功率，从而提高发电机的能量收集能力。

技术领域

本公开属于能源收集技术领域，涉及一种钟摆式摩擦纳米发电机及能量收集器。

背景技术

随着化石燃料的消耗和能源危机的威胁，从自然界中寻找新的能量来源引起了人们广泛的兴趣。海洋波浪能作为自然界中最重要的清洁可再生能源之一，具有大规模应用的极大潜能。到目前为止，波浪能的收集方式主要依赖于电磁感应发电机，该发电机存在体积庞大、笨重、成本高、易被腐蚀及在海洋水波频率下涡轮效率低的缺陷。最近，摩擦纳米发电机(TENG)提供了一种将波浪能转化成电能的新途径，在低频下表现出显著的优势，具有收集海洋中大尺度蓝色能源的巨大潜力。

通常，海洋中波浪的频率很低，有时仅有0.01Hz。虽然TENG可以收集超低频水波运动的能量，但是发电机的输出是一个脉冲的信号，严重依赖于所捕获水波能的频率，在频率很低时，输出的峰值较低，且在一个水波激励周期只会产生两个脉冲，转化的电能也很少，器件的平均输出功率较低，因此存在如下技术问题亟需解决：现有的摩擦纳米发电机在收集超低频波浪能时存在平均输出性能较低的问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种钟摆式摩擦纳米发电机及能量收集器，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种钟摆式摩擦纳米发电机，包括：壳体，内部具有一空腔；一叶片式摆动结构，位于该壳体的空腔中，包含：轴结构，固定于该壳体内部；N个叶片，N≥2，套接于所述轴结构上；以及一结构层，设置于所述叶片的末端；以及电极层，位于壳体的内表面上，包含间隔开的第一电极层和第二电极层；其中，所述叶片式摆动结构的重量分布不均匀，所述结构层与所述电极层之间存在间隙，所述结构层本身携带有电荷或者在随着叶片式摆动结构摆动的过程中会产生电荷。

在本公开的一些实施例中，所述结构层为表面带有电荷存储材料的基底层；

可选的，所述基底层为亚克力板；

可选的，所述电荷存储材料为聚合物薄膜，优选驻极体材料；

可选的，所述壳体为封闭式结构，所述壳体的外形包括如下形状的一种或其组合：圆筒形、球体以及立方体；

可选的，所述结构层与所述电极层之间的间隙介于0.2mm-1mm之间。

在本公开的一些实施例中，钟摆式摩擦纳米发电机，还包括：分布式摩擦层，位于能与叶片式摆动结构在摆动过程中接触的范围内，与结构层的材料位于不同的摩擦电序列，一端固定于壳体内壁上，另一端为自由端。

在本公开的一些实施例中，所述结构层为如下结构的一种或几种：基底层，表面带有金属层的基底层，以及表面带有介电层的基底层；所述分布式摩擦层的材料为如下材料的一种或几种：毛皮、高分子薄膜材料；

可选的，所述基底层为亚克力板，所述介电层的材料为高分子介电材料；

可选的，所述高分子薄膜材料为驻极体材料。

在本公开的一些实施例中，所述叶片的分布形式为如下形式：所述叶片的个数N为偶数，每两个叶片设置于同一条直线上形成一个叶片组，多个叶片组均套接于所述轴结构上；