[发明专利]基于无尘纸和墨水的湿度微发电装置及其制备方法与应用

说明书

本发明提供一种基于无尘纸和墨水的湿度微发电装置及其制备方法与应用。本发明通过将浸泡墨水并干燥后的无尘纸放在空气中，通过在无尘纸涂覆LiCl溶液实现从环境中吸收水分，水分与墨水中的含氧官能团发生相互作用产生水合氢离子，水合氢离子沿着纸中的微孔通道从一端传输到另一端从而产生电压和电流，实现对电子器件供电。本发明制备的纸基微发电装置在50％相对湿度和20℃的环境条件下，可以产生0.35V的电压，并且可以稳定输出超过100个小时，效果显著。

技术领域

本发明属于微能源回收利用领域，尤其是一种基于湿度的微能源发电装置，及其制备方法，以及利用此装置进行微能源回收利用的发电方法。

背景技术

二十一世纪以来，能源和环境问题已经成为限制世界经济社会和人类文明进步的瓶颈问题。为了解决传统化石燃料的耗竭和环境污染的问题，新能源和可再生能源技术成为新时代技术发展的导向，例如太阳能、风能、水能、核能等都已经成功应用于生活和生产中。然而，生活中存在许多无规则的，无处不在的微小能源，比如大气中存在的水分子、人体运动能、机械振动能等，经常被人们所忽略，近年来，如何有效的进行微能源的收集利用成为研究热点。

此外，随着物联网技术快速发展，微源传感器的利用越来越多，便携式、可穿戴式的电子产品也已经成为生活和生产中必不可少的一部分，因此小型化，微型化和集成化成为该类电子产品的发展趋势，但是能源供应是该项技术发展的瓶颈问题，并受到广泛重视。在此背景下，对此类电子产品提出自驱动系统的概念。而随着电子科学技术的不断进步，这些传感器的功耗已经达到微瓦级别，利用环境中收集的微能源对低功耗传感器进行供电使得这类传感器自驱动成为可能。

自从自驱动概念提出以来，大量关于自驱动的研究成果涌现出来，也产生了各种环境能源的收集方式。比如振动驱动电磁式微能源采集器、压电式微能源采集器、静电式振动能量采集器、摩擦纳米发电机等等。但是从环境中水分能量的收集利用发展还不是很完善，随着纳米材料和微纳加工技术的快速发展，自供能体系迎来了新的发展机遇。这其中，基于流体与微纳结构界面相互作用所产生的动态电子相互作用(动电现象)成为近几年的研究热点。

但是目前基于动态电子作用的湿度发电的装置还存在许多问题和不如，所用的碳纳米材料(如氧化石墨烯，碳纳米管，炭黑)制备精细，步骤复杂；制备成本较高；电压电流较小；稳定时间短等。在已有的研究中总结发现，材料能够产生电压电流的关键就在于有含氧官能团的电离以及存在微孔通道供水和质子的传输。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术，本申请提供了一种具有广泛适用性和低成本的基于无尘纸和墨水的湿度微发电装置及其制备方法，以及利用此装置进行微能源回收利用的发电方法。

技术方案：本发明所述的一种基于无尘纸和墨水的湿度微发电装置，包括无尘纸，所述无尘纸表面覆有干燥的墨水碳；在覆有干燥的墨水碳的无尘纸两端涂导电银漆，用于连接作为电极的铜导线和无尘纸；所述无尘纸任一端还通过滴LiCl溶液干燥形成LiCl晶体。

进一步的，所述无尘纸呈长条状，长*宽尺寸为6cm*1cm。

进一步的，所述微发电装置除含有LiCl结晶部分暴露空气中之外，其余部分用胶带进行封装。

本发明还公开了一种基于无尘纸和墨水的湿度微发电装置的制备方法，包括以下步骤：

(1)取无尘纸浸泡墨水后在空气中静置干燥；

(2)将步骤(1)处理后的无尘纸一端滴LiCl溶液后干燥；

(3)继续在无尘纸的两端涂导电银漆，并通过导电银漆将作为电极的铜导线和无尘纸粘连固化，封装即可。

步骤(1)中，取无尘纸剪成长条状，具体的，长*宽尺寸可以为6cm*1cm。

步骤(1)中，所述墨水为商用碳素墨水。