[发明专利]用于产生电力的柔性发电机

说明书

本公开提供了一种柔性发电机及其制造方法。柔性发电机包括覆盖柔性压电发电机的电极层的柔性摩擦电层，该柔性摩擦电层通过组合压电效应和摩擦电效应来提高发电性能。由于柔性摩擦电层的存在，柔性发电机在弯曲下的可靠性也得到改善。公开的柔性发电机的制造方法简单，从而能够进行大规模制造。

本申请是申请号为201911171407.X、申请日为2019年11月26日、发明名称为“用于产生电力的柔性发电机”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本公开总体上涉及发电机，更具体地，涉及柔性发电机及其制造方法。

背景技术

近来，使用压电材料的柔性发电机已被广泛研究，旨在用作力学传感器或能量收集器。力学敏感度、产生的输出功率、器件寿命和大规模制造是主要问题。柔性压电发电机是可穿戴电子设备的理想候选。

商业的基于柔性PVDF的薄膜已被用作高端产品中的力学传感器，但成本非常高。此外，由于其低的压电系数，PVDF难以用作能量收集器。

通过纳米结构修饰的压电发电机具有良好的能量收集能力，但复杂的制造过程和较差的可靠性无法轻松应用于工业生产。

US8803406B2公开了一种柔性纳米复合材料发电机，其包括：由柔性基质形成的压电层，所述柔性基质包含压电纳米颗粒和碳纳米结构；以及电极层，该电极层设置在压电层的两侧的上表面和下表面上，提供了制造大面积且较薄的柔性发电机的可能性。但是，由于弯曲过程中电极层的剥离，因此产生的电力非常有限，而且可靠性差。

因此，需要一种柔性发电机来消除或至少减少上述缺点和问题。

发明内容

本文提供一种发电机，包括：压电发电机，包括：柔性压电层，其用于在所述发电机与第一表面接触对象之间的接触下通过压电效应产生第一电力；第一柔性介电层，其部分或完全覆盖柔性压电层的顶表面；第二柔性介电层，其部分或完全覆盖柔性压电层的底表面；第一柔性电极层，其包括部分或完全覆盖第一柔性介电层的顶表面的第一覆盖部分；以及第二柔性电极层，其包括部分或完全覆盖第二柔性介电层的底表面的第二覆盖部分；以及第一柔性摩擦电层，其部分或完全覆盖第一柔性电极层的第一覆盖部分的顶表面，以在第一柔性摩擦电层与第一表面接触对象之间的接触和分离下通过摩擦电效应产生第二电力。

在某些实施例中，发电机还包括第二柔性摩擦电层，该第二柔性摩擦电层部分地或完全覆盖第二柔性电极层的第二覆盖部分的底表面，以在第二柔性摩擦电层和第二表面接触对象之间的接触和分离下通过摩擦电效应产生第三电力。

在某些实施例中，第一柔性摩擦电层具有负电负性。

在某些实施例中，第一柔性摩擦电层具有在-1nC/J和-200nC/J之间的电荷亲和力值。

在某些实施例中，第一柔性摩擦电层包括聚合物、静电纺织品或纤维素基材料。

在某些实施方案中，聚合物是硅橡胶、聚酰亚胺、聚氨酯、橡胶、聚酯或尼龙，静电纺织品是静电织物或静电布，纤维素基材料是纸。

在某些实施例中，第一柔性摩擦电层是多孔的。

在某些实施方案中，多孔的第一柔性摩擦电层的孔隙率在10％和80％之间，多孔的第一柔性摩擦电层的每个孔的直径在0.1μm和100μm之间。

在某些实施例中，发电机还包括部分柔性电极，该部分柔性电极部分地覆盖第一柔性摩擦电层的顶表面。

在某些实施例中，部分柔性电极覆盖第一柔性摩擦电层的顶表面的总面积的1％和50％之间的面积。

在某些实施例中，发电机还包括立体结构的封装层，该立体结构的封装层包括一个或多个凹形柔性电极，每个凹形柔性电极部分地覆盖第一柔性摩擦电层的顶表面，使得架空层存在于凹形柔性电极和第一柔性摩擦电层之间。