[发明专利]一种基于静电纺纳米纤维膜的湿气发电装置及其制备和应用

说明书

本发明涉及一种基于静电纺纳米纤维膜的湿气发电装置及其制备和应用，将湿气发电材料主体静电纺纳米纤维膜放置在惰性电极上，多孔金属反应辅助层放在湿气发电材料主体静电纺纳米纤维膜上，最后顶部放置多孔惰性电极以保证湿气渗透；本发明所产生的电能可以存储在商用的电容器中为微电子器件供电，且静电纺纳米纤维膜轻质柔软，在智能可穿戴领域拥有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于湿气发电领域，特别涉及一种基于静电纺纳米纤维膜的湿气发电装置及其制备和应用。

背景技术

能源是现代社会发展的重要支柱，电能是现代社会应用广泛的能源，智能移动设备，可穿戴器件甚至是电动汽车等从方方面面影响人们的生活。虽然有很多传统的发电方式，如火电、水电、核电等技术，但新能源的探索从未止步，光伏发电、风电、压电、摩擦电、热电等新的发电方式不断的涌现。

然而现有的发电方式如光伏发电与风力电依赖于环境，压电摩擦电等依赖于外力刺激，都有其限制性。湿气普遍存在于自然界，湿气与特殊材料作用并由湿气渗透梯度形成载流子浓度差而发电的湿气发电作为一种新的发电方式，逐渐引起人们的关注。然而现有的湿气发电材料往往缺乏柔性而且存在发电电压较低，发电时间维系较短等问题，限制了湿气发电的应用。最新一些研究发现，纳米材料以其微观尺寸能更好的捕捉空气中的湿气与水分子的特点，可以有效的提高湿气发电材料的性能，但是这方面的研究与探索还较少。

现有的湿气发电装置产生的电压较低，限制了其实际应用，本发明提供的湿气发电装置，在湿气诱导下可以产生最高1.1V的电压，使其可以在实际中有更广泛的应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于静电纺纳米纤维膜的湿气发电装置及其制备和应用，提高了发电效率，使其可以有更广泛的应用。

本发明提供一种湿气发电装置，所述装置由上至下依次包括：多孔顶部惰性电极1、多孔反应金属辅助层2、纳米纤维膜3和惰性底部电极4。

所述多孔反应金属辅助层为锌、氧化锌、氧化铁、氧化铝薄膜中的一种；所述多孔顶部惰性电极、惰性底部电极的材料均为金、银、ITO玻璃、FTO玻璃、银浆料、碳布、碳纳米管电极、金属纳米线中的一种。

所述纳米纤维膜以聚合物和特殊高分子材料为原料，通过静电纺获得。

所述聚合物为聚丙烯腈，聚苯乙烯，聚偏氟乙烯中的一种或几种；所述特殊高分子材料为聚4-苯乙烯磺酸、全氟磺酸、聚丙烯酸中的一种或几种。

所述纳米纤维膜的厚度为20～500微米；所述多孔顶部惰性电极的孔径大小为2-3毫米；多孔反应金属辅助层的孔径大小为2-3毫米。

所述湿气发电材料主体静电纺纳米纤维膜的厚度为20-500μm。

进一步，所述湿气发电材料主体静电纺纳米纤维膜的厚度为60-240μm。

将湿气发电材料主体静电纺纳米纤维膜置于惰性电极上，将多孔反应金属辅助层置于湿气发电主体静电纺纳米纤维膜上，将多孔惰性电极置于多孔反应金属辅助层上，保证湿气进入。

本发明的一种湿气发电装置的制备方法，包括：

(1)将聚合物、高分子材料和有机溶剂混合，得到纺丝液，静电纺丝，得到湿气发电主体材料静电纺纳米纤维膜；

(2)将静电纺纳米纤维膜设置在惰性底部电极上，多孔反应金属辅助层设置在静电纺丝膜上，最后顶部放置多孔顶部惰性电极。

上述制备方法的优选方式如下：

所述步骤(1)中将聚合物和特殊高分子材料溶于有机溶剂，配制成质量分数为8-20wt％混合纺丝溶液，通过单针头静电纺丝法或自由液面静电纺丝法制备成所述湿气发电主体材料静电纺纳米纤维膜；其中聚合物与特殊高分子质量比1：1-9：1。