[发明专利]一种基于摩擦纳米发电机的波浪能发电装置

说明书

本发明涉及能量采集装置，尤其涉及一种基于摩擦纳米发电机的高性能波浪能发电装置。该装置在空心圆柱外壳内部安装不同工作模式的多个摩擦发电单元，极大地增大了摩擦副的有效接触面积，通过导轨滑块的有效设计，可将复杂海洋环境中分布广泛、低频且峰值随机的波浪能转化为可被存储和直接利用的电能。不同摩擦发电单元通过导线并联，利用整流电路，对多个波浪能采集装置并联形成海洋波浪能发电网络系统，可有效解决不同装置电流的不同相以及提高海洋波浪能的输出性能。本发明提供的装置结构简洁、成本低廉、输出功率高、输出性能稳定，在不规则的海洋波浪能采集领域具有极大的实际意义。

技术领域

本发明涉及能量采集装置，尤其涉及一种基于摩擦纳米发电机的波浪能发电装置。

背景技术

近年来，随着地球上化石能源开采的不断加快，能源始终是当今社会亟待解决的关键问题，而绿色可再生能源的开发和利用变得越来越重要。其中，波浪能由于其在全球有着广泛的分布以及海洋表面波浪具有的动能和势能，是一种有望大规模应用的可再生能源。经过几十年的发展，采用传统的电磁感应的方式进行海洋能的采集仍存在较多挑战，主要是因为海洋波浪能的低频低振幅、波浪波峰随机的特性以及装置的高成本和安装问题等。摩擦纳米发电机在低频下的高效能是同类技术无法比拟的。摩擦纳米发电机是一种基于摩擦起电和静电感应原理的新型能源采集技术，可有效地转化低频低振幅的机械能转化为电能，为实现海洋能大规模采集提供了一种新的途径，是未来微纳能源的重要发展方向。

发明内容

本发明提供了一种基于摩擦纳米发电机的能量采集装置，采用置于密封空心圆柱外壳中的不同工作模式的多个摩擦发电单元直接将波浪能转化为电信号，进而提高摩擦纳米发电机的发电性能，提高输出功率。本发明可用于大规模海洋能的采集中，可将广泛分布的海洋中低频率、大面积的波浪能有效地转化为可存储的电能，结构简单、可靠、质量轻便、成本低廉，具有一定的实用价值。

为了实现上述目的,本发明采用了以下技术方案：

基于摩擦纳米发电机的波浪能高效发电装置,包括空心圆柱外壳、扇形柱状滑块、导轨、若干不同工作模式的摩擦发电单元和导线,若干摩擦发电单元密封安装在空心圆柱外壳内且由导线并联连接,形成密封腔体,其中：

本发明提供的一种基于摩擦纳米发电机的波浪能发电装置，其特征在于，包括空心圆柱外壳，位于空心圆柱外壳内部且与外壳两底面刚性连接的导轨，与导轨滑动连接的扇形柱状滑块，密封安装在圆柱外壳内部的第一摩擦发电单元、第二摩擦发电单元；其中第一摩擦发电单元包括分别对应于空心圆柱外壳内表面和扇形柱状滑块上的4个摩擦纳米发电机；每个摩擦纳米发电机包括位于导轨上且与导轨滑动连接的扇形柱状滑块，位于扇形柱状滑块表面的缓冲层，位于扇形柱状滑块缓冲层表面的第一摩擦层，位于空心圆柱外壳内表面的第二摩擦层，第二摩擦层既作为摩擦层也作为电极层；第二摩擦发电单元包括位于空心圆柱外壳内部两底面上的2个摩擦纳米发电机：每个摩擦纳米发电机包括位于空心圆柱外壳内部两底面的第二电极层，位于第二电极层上的第三摩擦层，位于第三摩擦层上的间隔层，位于间隔层上且与第三摩擦层面对面的第四摩擦层，位于第四摩擦层上的电极基底，第四摩擦层既作为摩擦层也作为电极层；第一摩擦发电单元为独立层模式摩擦纳米发电机，第二摩擦发电单元为垂直接触-分离模式摩擦纳米发电机。

优选的，所述的空心圆柱外壳和扇形柱状滑块选用亚克力材料。

优选的，所述的空心柱状外壳长度为150mm,内径70mm，外径72-75mm。扇形柱状滑块长度为70-72mm，直径为40mm。

优选的，所述的第二摩擦层等距安装在空心圆柱外壳内部的曲面上，其圆心角相等且均为60°-75°。

优选的，所述的第二摩擦层长度为68-70mm，间距为1mm-10mm。

优选的，所述的第二摩擦层、第二电极层、第四摩擦层选用束缚电子能力较弱的金属导电薄膜或单层导电材料，例如处于摩擦电序列中常用的铜、铝薄膜等等。