自充電超級(jí)電容器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種自充電超級(jí)電容器。該自充電超級(jí)電容器包括：將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的至少一個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)，每個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)具有用于輸出電信號(hào)的兩個(gè)輸出電極；與所述至少一個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)的輸出電極相連的、將所述納米摩擦發(fā)電機(jī)輸出的電信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換的充電電路模塊；以及與所述充電電路模塊相連的、接收所述充電電路模塊輸出的電信號(hào)并進(jìn)行儲(chǔ)存的超級(jí)電容器。在本實(shí)用新型提供的自充電超級(jí)電容器中，納米摩擦發(fā)電機(jī)充當(dāng)了充電電源的角色，其通過(guò)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，再由充電電路模塊將電能信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換后輸出給超級(jí)電容器進(jìn)行儲(chǔ)存，從而實(shí)現(xiàn)了超級(jí)電容器的自充電。
【專(zhuān)利說(shuō)明】自充電超級(jí)電容器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及納米【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地說(shuō)，涉及一種自充電超級(jí)電容器。
【背景技術(shù)】
[0002]超級(jí)電容器也稱(chēng)為電化學(xué)電容器，是介于傳統(tǒng)電容器與電池之間的一種電化學(xué)儲(chǔ)能裝置。與傳統(tǒng)電容器相比，超級(jí)電容器擁有更高的靜電容量；與電池相比，超級(jí)電容器具有更高的功率密度和超長(zhǎng)循環(huán)壽命。超級(jí)電容器結(jié)合了二者的優(yōu)點(diǎn)，是一種應(yīng)用前景廣闊的儲(chǔ)能器件。
[0003]現(xiàn)有的超級(jí)電容器主要由電極、電解質(zhì)和隔膜組成。其中電極包括電極活性材料和集電極兩部分。集電極的作用是降低電極的內(nèi)阻，要求它與電極接觸面積大，接觸電阻小，而且耐腐蝕性強(qiáng)，在電解質(zhì)中性能穩(wěn)定，不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)等。
[0004]雖然超級(jí)電容器性能優(yōu)越，但是其充電電源的來(lái)源單一，不能實(shí)現(xiàn)自充電，故其使用產(chǎn)生了一定的局限性。現(xiàn)有技術(shù)中也存在一些超級(jí)電容器，它們可以被制備成柔性結(jié)構(gòu)，但是制備工藝復(fù)雜，不易被大規(guī)模加工生產(chǎn)。超級(jí)電容器作為未來(lái)一種理想的儲(chǔ)能元件，其結(jié)構(gòu)也需要獨(dú)特的設(shè)計(jì)。因此，為了更好的使用與應(yīng)用超級(jí)電容器，亟需解決上述問(wèn)題。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型的發(fā)明目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提出一種自充電超級(jí)電容器，不借助外部電源，實(shí)現(xiàn)超級(jí)電容器的自充電。
[0006]本實(shí)用新型提供了一種自充電超級(jí)電容器，包括:
[0007]將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的至少一個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)，每個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)具有用于輸出電信號(hào)的兩個(gè)輸出電極；
[0008]與所述至少一個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)的輸出電極相連的、將所述納米摩擦發(fā)電機(jī)輸出的電信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換的充電電路模塊；以及
[0009]與所述充電電路模塊相連的、接收所述充電電路模塊輸出的電信號(hào)并進(jìn)行儲(chǔ)存的超級(jí)電容器。
[0010]可選地，所述超級(jí)電容器包括:
[0011 ]基底；
[0012]位于基底上的隔膜、超級(jí)電容器第一電極、超級(jí)電容器第二電極以及第一集流體、第二集流體，所述隔膜設(shè)置在所述超級(jí)電容器第一電極和超級(jí)電容器第二電極之間，所述第一集流體與超級(jí)電容器第一電極連接，所述第二集流體與超級(jí)電容器第二電極連接，所述充電電路模塊與所述第一集流體、第二集流體連接；
[0013]分別位于所述第一集流體和第二集流體上的兩個(gè)墊層片；
[0014]由所述兩個(gè)墊層片、所述隔膜、所述超級(jí)電容器第一電極和超級(jí)電容器第二電極形成的空腔，所述空腔內(nèi)填充有電解液；
[0015]將所述電解液進(jìn)行封裝的封裝層。[0016]可選地，所述至少一個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)設(shè)置在所述超級(jí)電容器的一側(cè)，所述至少一個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)與所述超級(jí)電容器共用所述基底。
[0017]可選地，所述至少一個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)分設(shè)在所述超級(jí)電容器的兩側(cè)，設(shè)置在所述超級(jí)電容器下側(cè)的至少一個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)與所述超級(jí)電容器共用所述基底，設(shè)置在所述超級(jí)電容器上側(cè)的至少一個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)與所述超級(jí)電容器之間還設(shè)置有絕緣層。
[0018]可選地，所述超級(jí)電容器包括:依次平行層疊設(shè)置的第一集流體、超級(jí)電容器第一電極、隔膜、超級(jí)電容器第二電極和第二集流體以及封裝層；所述充電電路模塊與所述第一集流體、第二集流體連接。
[0019]可選地，所述至少一個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)設(shè)置在所述超級(jí)電容器的一側(cè)，所述至少一個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)與所述超級(jí)電容器之間還設(shè)置有絕緣層。
[0020]可選地，所述至少一個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)分設(shè)在所述超級(jí)電容器的兩側(cè)，設(shè)置在所述超級(jí)電容器下側(cè)的至少一個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)與所述超級(jí)電容器之間還設(shè)置有第一絕緣層，設(shè)置在所述超級(jí)電容器上側(cè)的至少一個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)與所述超級(jí)電容器之間還設(shè)置
有第二絕緣層。
[0021]可選地，所述納米摩擦發(fā)電機(jī)有多個(gè)，且陣列排列在同一層或不同層，形成并聯(lián)結(jié)構(gòu)。
[0022]可選地，設(shè)置在所述超級(jí)電容器下側(cè)的納米摩擦發(fā)電機(jī)有多個(gè)，且陣列排列在同一層或不同層，形成并聯(lián)結(jié)構(gòu)；和/或，設(shè)置在所述超級(jí)電容器上側(cè)的納米摩擦發(fā)電機(jī)有多個(gè)，且陣列排列在同一層或不同層，形成并聯(lián)結(jié)構(gòu)。
[0023]可選地，所述超級(jí)電容器為全固態(tài)超級(jí)電容器，選自全固態(tài)對(duì)稱(chēng)型石墨烯超級(jí)電容器、全固態(tài)對(duì)稱(chēng)型活性炭超級(jí)電容器、全固態(tài)活性炭與金屬氧化物非對(duì)稱(chēng)型超級(jí)電容器、全固態(tài)活性炭與導(dǎo)電聚合物非對(duì)稱(chēng)型超級(jí)電容器、全固態(tài)活性炭與鋰離子電池混合非對(duì)稱(chēng)型超級(jí)電容器中的一種。
[0024]可選地，所述基底的材質(zhì)選自聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、硅和二氧化硅中的一種。
[0025]可選地，所述兩個(gè)墊層片的材質(zhì)選自丁鈉橡膠、丁苯橡膠、丁腈橡膠、丁基橡膠、硅橡膠、聚氨酯橡膠、異戊橡膠、順丁橡膠、氟橡膠和丙烯酸酯橡膠中的一種。
[0026]可選地，所述隔膜的材質(zhì)為氧化石墨。
[0027]可選地，所述封裝層的材質(zhì)為鋁塑膜、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲醛、聚碳酸酯和聚酰胺膜中的一種。
[0028]可選地，所述第一集流體和第二集流體的材質(zhì)選自銅、銀、鋁和鎳中的一種；所述超級(jí)電容器第一電極和超級(jí)電容器第二電極的材質(zhì)選自石墨烯、活性炭、炭氣凝膠、碳纖維、金屬氧化物、導(dǎo)電聚合物和鋰離子電池電極材料中的一種。
[0029]可選地，所述超級(jí)電容器第一電極和超級(jí)電容器第二電極為:平行結(jié)構(gòu)、交指結(jié)構(gòu)、U形結(jié)構(gòu)、螺旋形結(jié)構(gòu)或樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)。
[0030]可選地，所述充電電路模塊包括:
[0031]與至少一個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)的輸出電極相連的、將所述至少一個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)輸出的電信號(hào)進(jìn)行整流處理的整流電路模塊；以及
[0032]與所述整流電路模塊相連的、將所述整流電路模塊輸出的單向脈沖直流電進(jìn)行濾波處理而得到直流電信號(hào)的濾波電路模塊，所述濾波電路模塊將所述直流電信號(hào)輸出給所述超級(jí)電容器。
[0033]可選地，所述充電電路模塊還包括:充電控制模塊和開(kāi)關(guān)/變壓模塊；
[0034]所述充電控制模塊與濾波電路模塊連接，接收所述濾波電路模塊輸出的直流電信號(hào)；所述充電控制模塊與所述超級(jí)電容器連接，接收所述超級(jí)電容器反饋的充電電壓；所述充電控制模塊與所述開(kāi)關(guān)/變壓模塊連接，所述充電控制模塊根據(jù)所述直流電信號(hào)和所述充電電壓得到控制信號(hào)，向所述開(kāi)關(guān)/變壓模塊輸出所述控制信號(hào)；
[0035]所述開(kāi)關(guān)/變壓模塊與所述濾波電路模塊連接，接收濾波電路模塊輸出的直流電信號(hào)；所述開(kāi)關(guān)/變壓模塊與所述超級(jí)電容器連接，所述開(kāi)關(guān)/變壓模塊根據(jù)接收的控制信號(hào)進(jìn)行開(kāi)關(guān)切換和對(duì)所述濾波電路模塊輸出的直流電信號(hào)進(jìn)行變壓處理后輸出給所述超級(jí)電容器。
[0036]可選地，所述充電電路模塊還包括:發(fā)電機(jī)控制模塊；所述發(fā)電機(jī)控制模塊與所述超級(jí)電容器連接，接收所述超級(jí)電容器反饋的充電電壓；所述發(fā)電機(jī)控制模塊與所述納米摩擦發(fā)電機(jī)連接，所述發(fā)電機(jī)控制模塊根據(jù)所述充電電壓向所述納米摩擦發(fā)電機(jī)輸出停止發(fā)電的信號(hào)。
[0037]可選地，所述納米摩擦發(fā)電機(jī)包括:依次層疊設(shè)置的第一電極，第一高分子聚合物絕緣層，以及第二電極；其中，所述第一電極設(shè)置在所述第一高分子聚合物絕緣層的第一側(cè)表面上；且所述第一高分子聚合物絕緣層的第二側(cè)表面朝向所述第二電極設(shè)置，所述第一電極和第二電極構(gòu)成所述納米摩擦發(fā)電機(jī)的輸出電極。
[0038]可選地，所述第一高分子聚合物絕緣層朝向第二電極的面上設(shè)有微納結(jié)構(gòu)。
[0039]可選地，所述納米摩擦發(fā)電機(jī)進(jìn)一步包括:設(shè)置在所述第二電極和所述第一高分子聚合物絕緣層之間的第二高分子聚合物絕緣層，所述第二電極設(shè)置在所述第二高分子聚合物絕緣層的第一側(cè)表面上；且所述第二高分子聚合物絕緣層的第二側(cè)表面與所述第一高分子聚合物絕緣層的第二側(cè)表面相對(duì)設(shè)置。
[0040]可選地，所述第一高分子聚合物絕緣層和第二高分子聚合物絕緣層相對(duì)設(shè)置的兩個(gè)面中的至少一個(gè)面上設(shè)有微納結(jié)構(gòu)。
[0041]可選地，所述納米摩擦發(fā)電機(jī)進(jìn)一步包括:設(shè)置在所述第一高分子聚合物絕緣層和所述第二高分子聚合物絕緣層之間的居間薄膜層，其中，所述居間薄膜層為聚合物薄膜層，且所述第一高分子聚合物絕緣層相對(duì)所述居間薄膜層的面和居間薄膜層相對(duì)于第一高分子聚合物絕緣層的面中的至少一個(gè)面上和/或所述第二高分子聚合物絕緣層相對(duì)所述居間薄膜層的面和居間薄膜層相對(duì)第二高分子聚合物絕緣層的面中的至少一個(gè)面上設(shè)有微納結(jié)構(gòu)。
[0042]可選地，所述納米摩擦發(fā)電機(jī)包括:依次層疊設(shè)置的第一電極，第一高分子聚合物絕緣層，居間電極層，第二高分子聚合物絕緣層以及第二電極；其中，所述第一電極設(shè)置在所述第一高分子聚合物絕緣層的第一側(cè)表面上；所述第二電極設(shè)置在所述第二高分子聚合物絕緣層的第一側(cè)表面上，所述居間電極層設(shè)置在所述第一高分子聚合物絕緣層的第二側(cè)表面與所述第二高分子聚合物絕緣層的第二側(cè)表面之間，且所述第一高分子聚合物絕緣層相對(duì)所述居間電極層的面和居間電極層相對(duì)于第一高分子聚合物絕緣層的面中的至少一個(gè)面上和/或所述第二高分子聚合物絕緣層相對(duì)所述居間電極層的面和居間電極層相對(duì)第二高分子聚合物絕緣層的面中的至少一個(gè)面上設(shè)有微納結(jié)構(gòu)，所述第一電極和第二電極相連后與所述居間電極層構(gòu)成所述納米摩擦發(fā)電機(jī)的輸出電極。
[0043]在本實(shí)用新型提供的自充電超級(jí)電容器中，納米摩擦發(fā)電機(jī)充當(dāng)了充電電源的角色，其通過(guò)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，再由充電電路模塊將電能信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換后輸出給超級(jí)電容器進(jìn)行儲(chǔ)存，從而實(shí)現(xiàn)了超級(jí)電容器的自充電。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0044]圖1為本實(shí)用新型提供的自充電超級(jí)電容器的原理結(jié)構(gòu)框圖；
[0045]圖2為本實(shí)用新型提供的自充電超級(jí)電容器的實(shí)施例一的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0046]圖3為本實(shí)用新型提供的自充電超級(jí)電容器的實(shí)施例一的截面示意圖；
[0047]圖4a_圖4h為超級(jí)電容器第一電極和超級(jí)電容器第二電極之間的結(jié)構(gòu)的俯視示意圖；
[0048]圖5為本實(shí)用新型提供的自充電超級(jí)電容器的實(shí)施例一的一種電路原理示意圖；
[0049]圖6為本實(shí)用新型提供的自充電超級(jí)電容器的實(shí)施例一的另一種電路原理示意圖；
[0050]圖7示出了同層并列設(shè)置多個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)的示意圖；
[0051]圖8為本實(shí)用新型提供的自充電超級(jí)電容器的實(shí)施例二的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0052]圖9為本實(shí)用新型提供的自充電超級(jí)電容器的實(shí)施例二的截面示意圖；
[0053]圖10為本實(shí)用新型提供的自充電超級(jí)電容器的實(shí)施例三的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0054]圖11為本實(shí)用新型提供的自充電超級(jí)電容器的實(shí)施例三的截面示意圖；
[0055]圖12為本實(shí)用新型提供的自充電超級(jí)電容器的實(shí)施例四的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0056]圖13為本實(shí)用新型提供的自充電超級(jí)電容器的實(shí)施例四的截面示意圖；
[0057]圖14a和圖14b分別示出了納米摩擦發(fā)電機(jī)的第一種結(jié)構(gòu)的立體結(jié)構(gòu)示意圖和剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0058]圖15a和圖15b分別示出了納米摩擦發(fā)電機(jī)的第二種結(jié)構(gòu)的立體結(jié)構(gòu)示意圖和剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0059]圖16a和圖16b分別示出了納米摩擦發(fā)電機(jī)的第三種結(jié)構(gòu)的立體結(jié)構(gòu)示意圖和剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0060]圖17a和圖17b分別示出了納米摩擦發(fā)電機(jī)的第四種結(jié)構(gòu)的立體結(jié)構(gòu)示意圖和剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0061]為充分了解本實(shí)用新型之目的、特征及功效，借由下述具體的實(shí)施方式，對(duì)本實(shí)用新型做詳細(xì)說(shuō)明，但本實(shí)用新型并不僅僅限于此。
[0062]圖1為本實(shí)用新型提供的自充電超級(jí)電容器的原理結(jié)構(gòu)框圖。如圖1所示，該自充電超級(jí)電容器包括納米摩擦發(fā)電機(jī)11、充電電路模塊12和超級(jí)電容器13。圖1僅為一示意圖，在實(shí)際中，自充電超級(jí)電容器可以包括一個(gè)或多個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)，每個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)具有用于輸出電信號(hào)的兩個(gè)輸出電極。納米摩擦發(fā)電機(jī)11的輸出電極與充電電路模塊12連接，充電電路模塊12與超級(jí)電容器13連接。該自充電超級(jí)電容器的基本工作原理是:在外力的作用下，納米摩擦發(fā)電機(jī)11發(fā)生機(jī)械形變，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能；之后，納米摩擦發(fā)電機(jī)11的輸出電極將電信號(hào)輸出給充電電路模塊12 ;充電電路模塊12將該電信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換后輸出給超級(jí)電容器13，超級(jí)電容器13接收該調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)并進(jìn)行儲(chǔ)存，以備外部用電設(shè)備使用。
[0063]在本實(shí)施例提供的自充電超級(jí)電容器中，納米摩擦發(fā)電機(jī)充當(dāng)了充電電源的角色，其通過(guò)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，再由充電電路模塊將電能信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換后輸出給超級(jí)電容器進(jìn)行儲(chǔ)存，從而實(shí)現(xiàn)了超級(jí)電容器的自充電。
[0064]圖2為本實(shí)用新型提供的自充電超級(jí)電容器的實(shí)施例一的立體結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，該自充電超級(jí)電容器包括:超級(jí)電容器21和設(shè)置在超級(jí)電容器21的一側(cè)的一個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)22。其中，納米摩擦發(fā)電機(jī)22置于底層，超級(jí)電容器21設(shè)置在納米摩擦發(fā)電機(jī)22的上表面，納米摩擦發(fā)電機(jī)22與超級(jí)電容器21形成一個(gè)整體。圖2中未示出充電電路模塊。納米摩擦發(fā)電機(jī)22的兩個(gè)輸出電極與充電電路模塊連接，充電電路模塊再與超級(jí)電容器21連接，從而實(shí)現(xiàn)電能的儲(chǔ)存。
[0065]本實(shí)施例中，超級(jí)電容器21為全固態(tài)超級(jí)電容器，選自全固態(tài)對(duì)稱(chēng)型石墨烯超級(jí)電容器、全固態(tài)對(duì)稱(chēng)型活性炭超級(jí)電容器、全固態(tài)活性炭與金屬氧化物非對(duì)稱(chēng)型超級(jí)電容器、全固態(tài)活性炭與導(dǎo)電聚合物非對(duì)稱(chēng)型超級(jí)電容器、全固態(tài)活性炭與鋰離子電池混合非對(duì)稱(chēng)型超級(jí)電容器中的一種。優(yōu)選地，超級(jí)電容器21選自全固態(tài)對(duì)稱(chēng)型石墨烯超級(jí)電容器。
[0066]圖3為本實(shí)用新型提供的自充電超級(jí)電容器的實(shí)施例一的截面示意圖。結(jié)合圖3，以全固態(tài)對(duì)稱(chēng)型石墨烯超級(jí)電容器為例說(shuō)明超級(jí)電容器的結(jié)構(gòu)。如圖3所示，超級(jí)電容器包括:基底31，位于基底31上的隔膜32、超級(jí)電容器第一電極33、超級(jí)電容器第二電極34和第一集流體35、第二集流體36，兩個(gè)墊層片37，填充有電解液的空腔38，將電解液進(jìn)行封裝的封裝層39。其中隔膜32為氧化石墨，超級(jí)電容器第一電極33和超級(jí)電容器第二電極34為石墨烯，第一集流體35和第二集流體36為金屬帶。隔膜32設(shè)置在超級(jí)電容器第一電極33和超級(jí)電容器第二電極34之間，圖3中超級(jí)電容器第一電極33和超級(jí)電容器第二電極34位于隔膜32兩側(cè)；第一集流體35通過(guò)導(dǎo)電膠與超級(jí)電容器第一電極33連接，第二集流體36通過(guò)導(dǎo)電膠與超級(jí)電容器第二電極34連接，圖3中第一集流體35位于超級(jí)電容器第一電極33的外側(cè)，第二集流體36位于超級(jí)電容器第二電極34的外側(cè)。在兩個(gè)集流體上設(shè)置有兩個(gè)墊層片37，由這兩個(gè)墊層片37、隔膜32、超級(jí)電容器第一電極33和超級(jí)電容器第二電極34形成有空腔38，用于填充電解液。封裝層39將電解液進(jìn)行封裝，從而形成很薄的超級(jí)電容器。
[0067]在圖3中的納米摩擦發(fā)電機(jī)為層狀結(jié)構(gòu)，包括:摩擦電極30A、高分子聚合物絕緣層30B和電極30C。其中納米摩擦發(fā)電機(jī)與超級(jí)電容器共用基底31。該納米摩擦發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)將在后面詳細(xì)說(shuō)明。
[0068]本實(shí)施例中，基底31的材質(zhì)選自聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、硅(Si)和二氧化娃(SiO2)中的一種。
[0069]第一集流體35和第二集流體36的材質(zhì)選自銅、銀、鋁和鎳中的一種，具體地，在PVA體系作為電解液時(shí)可為銅或銀等，在離子液體系作為電解液時(shí)可為招或鎳等。
[0070]超級(jí)電容器第一電極33和超級(jí)電容器第二電極34的材質(zhì)選自石墨烯、活性炭、炭氣凝膠、碳纖維、金屬氧化物、導(dǎo)電聚合物和鋰離子電池電極材料中的一種。[0071]隔膜32的材質(zhì)可以選自氧化石墨；PVA-H2S04(聚乙烯醇-硫酸)體系；PVA-H3PO4 (聚乙烯醇-磷酸)體系；1-丁基，3-甲基咪唑雙三氟甲基磺?；酋啺?煙霧硅膠體系；PAN-[EMIm]BF4-TMS (聚苯胺-1-乙基，3-甲基咪唑四氟硼酸鹽-三甲基硅醇)體系；1-丁基，3-甲基咪唑四氟硼酸鹽-硅膠體系；PMMA-EC-PC-LiC104 (聚甲基丙烯酸甲酯-碳酸乙烯酯-碳酸丙烯酯-高氯酸鋰)體系；PMMA-EC-PC-NaC104(聚甲基丙烯酸甲酯-碳酸乙烯酯-碳酸丙烯酯-高氯酸納)體系；PE0-PEG-LiCF3S03 (聚氧化乙烯-聚乙二醇-三氟甲基磺酸鋰)體系；pmma-ec-pc-teacio4(聚甲基丙烯酸甲酯-碳酸乙烯酯-碳酸丙烯酯-高氯酸四乙基銨)體系中的一種。
[0072]兩個(gè)墊層片37的材質(zhì)選自丁鈉橡膠、丁苯橡膠、丁腈橡膠、丁基橡膠、硅橡膠、聚氨酯橡膠、異戊橡膠、順丁橡膠、氟橡膠和丙烯酸酯橡膠中的一種。
[0073]電解液為固態(tài)或膠態(tài)，電解液的體系為PVA-H2SO4(聚乙烯醇-硫酸)體系；PVA-H3PO4 (聚乙烯醇-磷酸)體系；1-丁基，3-甲基咪唑雙三氟甲基磺?；酋啺?煙霧硅膠體系；PAN-[EMIm]BF4-TMS (聚苯胺-1-乙基，3-甲基咪唑四氟硼酸鹽-三甲基硅醇)體系；1-丁基，3-甲基咪唑四氟硼酸鹽-硅膠體系；PMMA-EC-PC-LiC104 (聚甲基丙烯酸甲酯-碳酸乙烯酯-碳酸丙烯酯-高氯酸鋰)體系；PMMA-EC-PC-NaC104(聚甲基丙烯酸甲酯-碳酸乙烯酯-碳酸丙烯酯-高氯酸納)體系；PE0-PEG-LiCF3S03 (聚氧化乙烯-聚乙二醇-三氟甲基磺酸鋰)體系；pmma-ec-pc-teacio4(聚甲基丙烯酸甲酯-碳酸乙烯酯-碳酸丙烯酯-高氯酸四乙基銨)體系中的一種。
[0074]封裝層39的材質(zhì)為鋁塑膜、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚甲醛(POM)、聚碳酸酯(PC)和聚酰胺(PA)中的一種。
[0075]本實(shí)施例中，超級(jí)電容器第一電極和超級(jí)電容器第二電極之間的結(jié)構(gòu)可以有多種，圖4a-圖4h為超級(jí)電容器第一電極和超級(jí)電容器第二電極之間的結(jié)構(gòu)的俯視示意圖。圖4a示出的是平行結(jié)構(gòu)，超級(jí)電容器第一電極41A和超級(jí)電容器第二電極41B為平行的，兩者之間設(shè)有隔膜41C。圖4b示出的是多列平行結(jié)構(gòu)，其中電極42A有多列且互相平行。圖4c示出的是交指結(jié)構(gòu)，超級(jí)電容器第一電極43A和超級(jí)電容器第二電極43B之間設(shè)有隔膜43C，圖3所示的就是這樣的交指結(jié)構(gòu)。圖4d示出的是蛇形結(jié)構(gòu)，超級(jí)電容器第一電極44A和超級(jí)電容器第二電極44B之間均為隔膜。圖4e示出的是螺旋形結(jié)構(gòu)，超級(jí)電容器第一電極45A和超級(jí)電容器第二電極45B之間均為隔膜。圖4f示出的是樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)，超級(jí)電容器第一電極46A和超級(jí)電容器第二電極46B之間均為隔膜。圖4g示出的是螺旋樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)，超級(jí)電容器第一電極47A和超級(jí)電容器第二電極47B之間均為隔膜。圖4h示出的是指紋結(jié)構(gòu)，超級(jí)電容器第一電極48A和超級(jí)電容器第二電極48B之間均為隔膜。
[0076]上述全固態(tài)對(duì)稱(chēng)型石墨烯超級(jí)電容器優(yōu)選采用激光法制備，其步驟包括:
[0077](I)將基底(如PET)粘到光盤(pán)上；
[0078](2)將氧化石墨水溶液(1-lOmg / ml,氧化石墨的制作方法為改善的Hummers法)滴涂到PET基底上，烘干水分留下金棕色氧化石墨；
[0079](3)將上述光盤(pán)放入dvd刻錄機(jī)上，進(jìn)行結(jié)構(gòu)制作，生成黑色石墨烯結(jié)構(gòu)；
[0080](4)在石墨烯結(jié)構(gòu)兩側(cè)用導(dǎo)電銀膠粘貼銅帶集流體；
[0081](5)在步驟(4)的基礎(chǔ)上放置密封用的回字形墊層片；[0082](6)在回字形墊層片內(nèi)滴入膠狀電解液并蒸發(fā)水分；
[0083](7)整體封裝得到柔性固態(tài)電解質(zhì)超級(jí)電容器。
[0084]由于作用于納米摩擦發(fā)電機(jī)的外力大小的不確定性，使得納米摩擦發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的交流電大小也不確定，比如:單個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)在外力拍打下，可以輸出幾伏至上千伏的電壓，這種特殊性就要求外部電路的合理設(shè)計(jì)使其達(dá)到穩(wěn)定輸出。本實(shí)用新型通過(guò)充電電路模塊對(duì)納米摩擦發(fā)電機(jī)輸出的電信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定輸出。
[0085]圖5為本實(shí)用新型提供的自充電超級(jí)電容器的實(shí)施例一的一種電路原理示意圖。圖5示出了充電電路模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及其與納米摩擦發(fā)電機(jī)和超級(jí)電容器的連接關(guān)系。如圖5所示，充電電路模塊包括:整流電路模塊51和濾波電路模塊52。其中，整流電路模塊51與至少一個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)的輸出電極相連，將至少一個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)輸出的電信號(hào)進(jìn)行整流處理。具體地，整流電路模塊51的兩個(gè)輸入端51A和51B分別連接納米摩擦發(fā)電機(jī)53的兩個(gè)輸出電極，接收納米摩擦發(fā)電機(jī)53輸出的電信號(hào)。對(duì)于包括多個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)，多個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)的兩個(gè)輸出電極并聯(lián)在一起，然后與整流電路模塊51的兩個(gè)輸入端5IA和5IB連接。
[0086]整流電路模塊51的兩個(gè)輸出端51C和51D與濾波電路模塊52連接，整流電路模塊51將納米摩擦發(fā)電機(jī)53輸出的電信號(hào)進(jìn)行整流處理后得到的單向脈沖直流電輸出給濾波電路模塊52。濾波電路模塊52與超級(jí)電容器54連接，濾波電路模塊52將整流電路模塊51輸出的單向脈沖直流電進(jìn)行濾波處理而得到直流電信號(hào)輸出給超級(jí)電容器54。
[0087]如圖5所示，濾波電路模塊52具有兩個(gè)端。具體地，濾波電路模塊52的第一端52A與整流電路模塊51的輸出端51D連接，濾波電路模塊52的第二端52B與整流電路模塊51的輸出端51C連接。濾波電路模塊52的第一端52A與超級(jí)電容器的第一集流體連接，濾波電路模塊52的第二端52B與超級(jí)電容器的第二集流體連接。在實(shí)際應(yīng)用中，濾波電路模塊52的第二端52B —般接地。
[0088]對(duì)于圖5所示的電路，當(dāng)外力作用于納米摩擦發(fā)電機(jī)時(shí)，會(huì)使納米摩擦發(fā)電機(jī)發(fā)生機(jī)械形變，從而產(chǎn)生交流的脈沖電信號(hào)。此交流的脈沖電信號(hào)首先輸入給整流電路模塊，通過(guò)整流電路模塊對(duì)其進(jìn)行整流，得到單向脈動(dòng)的直流電。此單向脈動(dòng)的直流電又輸入給濾波電路模塊進(jìn)行濾波，將單向脈動(dòng)的直流電中的干擾雜波進(jìn)行濾除，得到直流電信號(hào)。最后，此直流電信號(hào)直接輸入給超級(jí)電容器進(jìn)行充電。這里可以為一個(gè)超級(jí)電容器充電，也可以為多個(gè)并聯(lián)的超級(jí)電容器同時(shí)充電。
[0089]上述電路的優(yōu)點(diǎn)是:(I)根據(jù)納米摩擦發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能的大小與超級(jí)電容器電容和充電電壓的大小，通過(guò)調(diào)節(jié)濾波電路模塊的相關(guān)參數(shù)，使得能夠最大限度的利用納米摩擦發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的電能，提高能量轉(zhuǎn)換效率；(2)根據(jù)應(yīng)用環(huán)境的不同，納米摩擦發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電壓幅度范圍較大，可以通過(guò)調(diào)節(jié)濾波電路模塊的相關(guān)參數(shù)，將其調(diào)整為適應(yīng)給超級(jí)電容器充電的電壓，克服納米摩擦發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電壓大小的不確定性。
[0090]進(jìn)一步的，充電電路模塊還可以采用一種更為優(yōu)選的結(jié)構(gòu)。圖6為本實(shí)用新型提供的自充電超級(jí)電容器的實(shí)施例一的另一種電路原理示意圖。圖6示出了優(yōu)選的充電電路模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及其與納米摩擦發(fā)電機(jī)和超級(jí)電容器的連接關(guān)系。如圖6所示，充電電路模塊除了包括整流電路模塊61和濾波電路模塊62之外，還包括充電控制模塊63和開(kāi)關(guān)/變壓模塊64。其中整流電路模塊61和濾波電路模塊62的功能參見(jiàn)上文，不再贅述。[0091]充電控制模塊63與濾波電路模塊62連接，接收濾波電路模塊62輸出的直流電壓信號(hào)Ul ;充電控制模塊63與超級(jí)電容器65連接，接收超級(jí)電容器65反饋的充電電壓U,該充電電壓U是在超級(jí)電容器65的兩個(gè)集流體之間形成的電壓信號(hào)；充電控制模塊63還與開(kāi)關(guān)/變壓模塊64連接，充電控制模塊63根據(jù)直流電壓信號(hào)Ul和充電電壓U得到控制信號(hào)，向開(kāi)關(guān)/變壓模塊64輸出控制信號(hào)。開(kāi)關(guān)/變壓模塊64與濾波電路模塊62連接，接收濾波電路模塊62輸出的直流電壓信號(hào)Ul ;開(kāi)關(guān)/變壓模塊64還與超級(jí)電容器65連接，開(kāi)關(guān)/變壓模塊64根據(jù)接收的控制信號(hào)進(jìn)行開(kāi)關(guān)切換和對(duì)濾波電路模塊62輸出的直流電壓信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)處理，調(diào)節(jié)為適應(yīng)給超級(jí)電容器65充電的電壓U2。
[0092]對(duì)于圖6所示的電路，與圖5不同的是，經(jīng)過(guò)濾波處理得到的直流電壓信號(hào)Ul輸入給充電控制模塊63，充電控制模塊63會(huì)根據(jù)此直流電壓信號(hào)Ul的大小，來(lái)決定何時(shí)對(duì)超級(jí)電容器65充電；并且對(duì)超級(jí)電容器65充電狀況進(jìn)行密切監(jiān)視，根據(jù)超級(jí)電容器65充電的狀況來(lái)控制開(kāi)關(guān)/變壓模塊64。經(jīng)過(guò)濾波電路模塊62的輸出電壓是一個(gè)逐步增大的輸出電壓，這個(gè)輸出電壓直到增到限壓電壓，這個(gè)限壓電壓是一個(gè)電路保護(hù)電壓，防止電路因電壓過(guò)高而損壞。
[0093]由于整個(gè)充電電路模塊是沒(méi)有外接電源的，充電控制模塊63控制開(kāi)關(guān)/變壓模塊64給超級(jí)電容器65充電的工作電源也是來(lái)自于納米摩擦發(fā)電機(jī)發(fā)的電，因此特意在充電控制模塊63設(shè)置一個(gè)啟動(dòng)電壓，當(dāng)濾波電路模塊62輸出電壓達(dá)到該啟動(dòng)電壓以后，充電控制模塊63才驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)/變壓模塊64啟動(dòng)充電。
[0094]充電控制模塊63的另一個(gè)作用是根據(jù)經(jīng)過(guò)濾波得到的直流電壓信號(hào)Ul的大小和超級(jí)電容器65充電電壓U的大小，對(duì)直流電壓信號(hào)Ul進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)為適應(yīng)超級(jí)電容器65充電的電壓U2，并選擇性驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)/變壓模塊64給超級(jí)電容器65充電。
[0095]根據(jù)C=Q / U可知，超級(jí)電容器的容量C為一個(gè)固定值，在給超級(jí)電容器充電的過(guò)程中，電荷量Q在不斷增加，隨之超級(jí)電容器的電壓U也在不斷上升。為了更有效的給超級(jí)電容器充電，充電控制模塊63根據(jù)超級(jí)電容器65反饋的充電電壓U以及濾波電路模塊62輸出的直流電壓信號(hào)Ul的數(shù)值信息，來(lái)調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)/變壓模塊64中的電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓Ul到U2的轉(zhuǎn)換，得到超級(jí)電容器65的實(shí)時(shí)充電電壓U2。U2和U之間有一個(gè)相應(yīng)的充電匹配關(guān)系，以保證最高的能量轉(zhuǎn)換效率。舉例來(lái)說(shuō)，假設(shè)超級(jí)電容器65的充滿電壓為U0，充電控制模塊63將超級(jí)電容器65反饋的充電電壓U與UO進(jìn)行比較，若U小于U0，表明超級(jí)電容器65還未充滿，需要繼續(xù)充電；若U等于U0，表明超級(jí)電容器65已充滿。同時(shí)，充電控制模塊63還將濾波電路模塊62輸出的直流電壓信號(hào)Ul與UO比較，若Ul大于U0，則充電控制模塊63輸出控制信號(hào)控制開(kāi)關(guān)/變壓模塊64對(duì)Ul進(jìn)行降壓處理，得到超級(jí)電容器65的實(shí)時(shí)充電電壓U2 ;若Ul小于UO，則充電控制模塊63輸出控制信號(hào)控制開(kāi)關(guān)/變壓模塊64對(duì)Ul進(jìn)行升壓處理，得到超級(jí)電容器65的實(shí)時(shí)充電電壓U2。
[0096]這里可以為一個(gè)超級(jí)電容器充電，也可以為多個(gè)超級(jí)電容器充電，如圖6，示出了三個(gè)超級(jí)電容器，這三個(gè)超級(jí)電容器并聯(lián)在一起。當(dāng)為多個(gè)超級(jí)電容器充電時(shí)，可以逐個(gè)充滿，也可以同時(shí)充滿。逐個(gè)充滿是通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn)的:充電控制模塊63將當(dāng)前正在充電的超級(jí)電容器反饋的充電電壓U與其充滿電壓UO進(jìn)行比較，如果U已經(jīng)達(dá)到U0，那么充電控制模塊63輸出控制信號(hào)控制開(kāi)關(guān)/變壓模塊64將開(kāi)關(guān)切換到下一個(gè)超級(jí)電容器，繼續(xù)為下一個(gè)超級(jí)電容器進(jìn)行充電。[0097]進(jìn)一步的，為了保護(hù)納米摩擦發(fā)電機(jī)，充電電路模塊還可以包括發(fā)電機(jī)控制模塊66。該發(fā)電機(jī)控制模塊66與超級(jí)電容器65連接，接收超級(jí)電容器65反饋的充電電壓U，該充電電壓U是在超級(jí)電容器65的兩個(gè)集流體之間形成的電壓信號(hào)；發(fā)電機(jī)控制模塊66還與納米摩擦發(fā)電機(jī)連接，向納米摩擦發(fā)電機(jī)輸出停止發(fā)電的信號(hào)。當(dāng)超級(jí)電容器65充滿時(shí)，會(huì)得到一充滿電壓，該充滿電壓反饋給發(fā)電機(jī)控制模塊66,進(jìn)而發(fā)電機(jī)控制模塊66會(huì)將納米摩擦發(fā)電機(jī)關(guān)閉，從而停止發(fā)電。
[0098]圖6所示的電路的優(yōu)點(diǎn)是:(1)由于作用于納米摩擦發(fā)電機(jī)的外力大小的不確定，使得納米摩擦發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的交流電大小也不確定，此電路能將不確定的電壓值轉(zhuǎn)換成適合超級(jí)電容器充電的電壓值，適應(yīng)性強(qiáng)，擴(kuò)展了自充電超級(jí)電容器的應(yīng)用領(lǐng)域；⑵由于電路中特別設(shè)計(jì)了充電控制模塊，根據(jù)超級(jí)電容器的實(shí)時(shí)電壓來(lái)調(diào)節(jié)其充電電壓，使超級(jí)電容器的實(shí)時(shí)電壓與充電電壓保持了一個(gè)動(dòng)態(tài)匹配關(guān)系，達(dá)到了使納米摩擦發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能最大限度的充給了超級(jí)電容器，實(shí)現(xiàn)了最大的儲(chǔ)能效果；(3)根據(jù)超級(jí)電容器的充滿，發(fā)電機(jī)控制模塊控制納米摩擦發(fā)電機(jī)工作與否，進(jìn)而延長(zhǎng)納米摩擦發(fā)電機(jī)的使用壽命；(4)當(dāng)為多個(gè)超級(jí)電容器進(jìn)行充電時(shí)，其中一個(gè)充滿時(shí)，會(huì)自動(dòng)切換到下一個(gè)超級(jí)電容器進(jìn)行充電。
[0099]本實(shí)施例提供的自充電超級(jí)電容器不僅限于包括單個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)，在超級(jí)電容器的一側(cè)還可以設(shè)置多個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)。具體來(lái)說(shuō)，設(shè)置在超級(jí)電容器一側(cè)的納米摩擦發(fā)電機(jī)有多個(gè)，這些納米摩擦發(fā)電機(jī)陣列排列在同一層或不同層，它們對(duì)應(yīng)的輸出電極連接在一起形成并聯(lián)結(jié)構(gòu)。其排列可參照?qǐng)D7。與單個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電壓較大、電流較小的特點(diǎn)相比，平行并聯(lián)的多個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)可以增加電流的輸出，達(dá)到更好的充電效果；而且由于多個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)均勻排列，可使其受力均勻，具有良好的線性疊加效果O
[0100]圖8為本實(shí)用新型提供的自充電超級(jí)電容器的實(shí)施例二的立體結(jié)構(gòu)示意圖。如圖8所示，該自充電超級(jí)電容器包括:超級(jí)電容器81和分設(shè)在超級(jí)電容器81兩側(cè)的納米摩擦發(fā)電機(jī)82和83，類(lèi)似一個(gè)“三明治”結(jié)構(gòu)。其中，納米摩擦發(fā)電機(jī)82設(shè)置在超級(jí)電容器81的下側(cè)，納米摩擦發(fā)電機(jī)83設(shè)置在超級(jí)電容器81的上側(cè)。超級(jí)電容器81與上下兩側(cè)的納米摩擦發(fā)電機(jī)82和83形成一個(gè)整體。圖8中未示出充電電路模塊。納米摩擦發(fā)電機(jī)82和83各自的兩個(gè)輸出電極并聯(lián)在一起與充電電路模塊連接，充電電路模塊再與超級(jí)電容器81的兩個(gè)集流體連接，從而實(shí)現(xiàn)電能的儲(chǔ)存。
[0101]本實(shí)施例中，超級(jí)電容器81為全固態(tài)超級(jí)電容器，選自全固態(tài)對(duì)稱(chēng)型石墨烯超級(jí)電容器、全固態(tài)對(duì)稱(chēng)型活性炭超級(jí)電容器、全固態(tài)活性炭與金屬氧化物非對(duì)稱(chēng)型超級(jí)電容器、全固態(tài)活性炭與導(dǎo)電聚合物非對(duì)稱(chēng)型超級(jí)電容器、全固態(tài)活性炭與鋰離子電池混合非對(duì)稱(chēng)型超級(jí)電容器中的一種。優(yōu)選地，超級(jí)電容器81選自全固態(tài)對(duì)稱(chēng)型石墨烯超級(jí)電容器。
[0102]圖9為本實(shí)用新型提供的自充電超級(jí)電容器的實(shí)施例二的截面示意圖。如圖9所示，超級(jí)電容器81的結(jié)構(gòu)與實(shí)施例一所描述的相同，其所包含的器件可選用的材質(zhì)也與實(shí)施例一所描述的相同，在此不再贅述。納米摩擦發(fā)電機(jī)82和83均為層狀結(jié)構(gòu)，將在后面詳細(xì)說(shuō)明。納米摩擦發(fā)電機(jī)82與超級(jí)電容器81共用基底，納米摩擦發(fā)電機(jī)83與超級(jí)電容器81之間還設(shè)置有絕緣層90。此處需要說(shuō)明的是，當(dāng)納米摩擦發(fā)電機(jī)與超級(jí)電容器共用基底時(shí)，不用加絕緣層，當(dāng)納米摩擦發(fā)電機(jī)與超級(jí)電容器沒(méi)有共用基底時(shí)，需要加絕緣層，防止導(dǎo)通。
[0103]本實(shí)施例中充電電路模塊也與實(shí)施例一中所描述的相同，在此不再贅述。
[0104]本實(shí)施例提供的自充電超級(jí)電容器不僅限于包括上下兩個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)，在超級(jí)電容器的上側(cè)和/或下側(cè)可以設(shè)置多個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)，具體來(lái)說(shuō)，具體來(lái)說(shuō)，設(shè)置在超級(jí)電容器下側(cè)的納米摩擦發(fā)電機(jī)可以有多個(gè)，且陣列排列在同一層或不同層，形成并聯(lián)結(jié)構(gòu)；和/或，設(shè)置在超級(jí)電容器上側(cè)的納米摩擦發(fā)電機(jī)可以有多個(gè)，且陣列排列在同一層或不同層，形成并聯(lián)結(jié)構(gòu)。其排列可參照?qǐng)D7。平行并聯(lián)的多個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)可以增加電流的輸出，達(dá)到更好的充電效果；而且由于多個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)均勻排列，可使其受力均勻，具有良好的線性疊加效果。
[0105]圖10為本實(shí)用新型提供的自充電超級(jí)電容器的實(shí)施例三的立體結(jié)構(gòu)示意圖。如圖10所示，該自充電超級(jí)電容器包括:超級(jí)電容器101和設(shè)置在超級(jí)電容器101 —側(cè)的一個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)102，納米摩擦發(fā)電機(jī)102和超級(jí)電容器101之間還設(shè)有絕緣層103。其中，納米摩擦發(fā)電機(jī)102置于底層，絕緣層103位于納米摩擦發(fā)電機(jī)102的上表面，超級(jí)電容器101位于絕緣層103的上表面。超級(jí)電容器101、絕緣層103和納米摩擦發(fā)電機(jī)102形成一個(gè)整體。圖10中未示出充電電路模塊。納米摩擦發(fā)電機(jī)102的兩個(gè)輸出電極與充電電路模塊連接，充電電路模塊再與超級(jí)電容器101的兩個(gè)集流體連接，從而實(shí)現(xiàn)電能的儲(chǔ)存。
[0106]本實(shí)施例中，超級(jí)電容器101為全固態(tài)超級(jí)電容器，選自全固對(duì)稱(chēng)型態(tài)石墨烯超級(jí)電容器、全固態(tài)對(duì)稱(chēng)型活性炭超級(jí)電容器、全固態(tài)活性炭與金屬氧化物非對(duì)稱(chēng)型超級(jí)電容器、全固態(tài)活性炭與導(dǎo)電聚合物非對(duì)稱(chēng)型超級(jí)電容器、全固態(tài)活性炭與鋰離子電池混合非對(duì)稱(chēng)型超級(jí)電容器中的一種。優(yōu)選地，超級(jí)電容器101選自全固態(tài)對(duì)稱(chēng)型石墨烯超級(jí)電容器。
[0107]圖11為本實(shí)用新型提供的自充電超級(jí)電容器的實(shí)施例三的截面示意圖。如圖11所示，超級(jí)電容器包括:依次平行層疊設(shè)置的第一集流體111、超級(jí)電容器第一電極112、隔膜113、超級(jí)電容器第二電極114和第二集流體115，另外超級(jí)電容器還包括封裝層(圖11中未示出)。絕緣層103與第一集流體111接觸連接。圖11中的納米摩擦發(fā)電機(jī)102為層狀結(jié)構(gòu)，其具體結(jié)構(gòu)將在后面詳細(xì)說(shuō)明。
[0108]本實(shí)施例中，第一集流體111和第二集流體115的材質(zhì)選自銅、銀、鋁和鎳中的一種。
[0109]超級(jí)電容器第一電極112和超級(jí)電容器第二電極114的材質(zhì)選自石墨烯、活性炭、炭氣凝膠、碳纖維、金屬氧化物、導(dǎo)電聚合物和鋰離子電池材料中的一種。
[0110]隔膜113的材質(zhì)可以選自氧化石墨；pva-h2so4(聚乙烯醇-硫酸)體系；PVA-H3PO4 (聚乙烯醇-磷酸)體系；1_ 丁基，3-甲基咪唑雙三氟甲基磺?；酋啺?煙霧硅膠體系；PAN-[EMIm]BF4-TMS (聚苯胺-1-乙基，3-甲基咪唑四氟硼酸鹽-三甲基硅醇)體系；1-丁基，3-甲基咪唑四氟硼酸鹽-硅膠體系；PMMA-EC-PC-LiC104 (聚甲基丙烯酸甲酯-碳酸乙烯酯-碳酸丙烯酯-高氯酸鋰)體系；PMMA-EC-PC-NaC104(聚甲基丙烯酸甲酯-碳酸乙烯酯-碳酸丙烯酯-高氯酸納)體系；PE0-PEG-LiCF3S03 (聚氧化乙烯-聚乙二醇-三氟甲基磺酸鋰)體系；pmma-ec-pc-teacio4(聚甲基丙烯酸甲酯-碳酸乙烯酯-碳酸丙烯酯-高氯酸四乙基銨)體系中的一種。[0111]電解液為固態(tài)或膠態(tài)，電解液的體系為PVA-H2SO4(聚乙烯醇-硫酸)體系；PVA-H3PO4 (聚乙烯醇-磷酸)體系；1-丁基，3-甲基咪唑雙三氟甲基磺酰磺酰亞胺-煙霧硅膠體系；PAN-[EMIm]BF4-TMS (聚苯胺-1-乙基，3-甲基咪唑四氟硼酸鹽-三甲基硅醇)體系；1-丁基，3-甲基咪唑四氟硼酸鹽-硅膠體系；PMMA-EC-PC-LiC104 (聚甲基丙烯酸甲酯-碳酸乙烯酯-碳酸丙烯酯-高氯酸鋰)體系；PMMA-EC-PC-NaC104(聚甲基丙烯酸甲酯-碳酸乙烯酯-碳酸丙烯酯-高氯酸納)體系；PE0-PEG-LiCF3S03 (聚氧化乙烯-聚乙二醇-三氟甲基磺酸鋰)體系；pmma-ec-pc-teacio4(聚甲基丙烯酸甲酯-碳酸乙烯酯-碳酸丙烯酯-高氯酸四乙基銨)體系中的一種。
[0112]封裝層的材質(zhì)為鋁塑膜、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚甲醛(POM)、聚碳酸酯(PC)和聚酰胺(PA)中的一種。
[0113]本實(shí)施例中充電電路模塊也與實(shí)施例一中所描述的相同，在此不再贅述。充電電路模塊與上述第一集流體111和第二集流體115連接。
[0114]本實(shí)施例提供的自充電超級(jí)電容器不僅限于包括單個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)，在超級(jí)電容器的一側(cè)還可以設(shè)置多個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)具體來(lái)說(shuō)，設(shè)置在超級(jí)電容器一側(cè)的納米摩擦發(fā)電機(jī)有多個(gè)，這些納米摩擦發(fā)電機(jī)陣列排列在同一層或不同層，它們對(duì)應(yīng)的輸出電極連接在一起形成并聯(lián)結(jié)構(gòu)。其排列可參照?qǐng)D7。與單個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電壓較大、電流較小的特點(diǎn)相比，平行并聯(lián)的多個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)可以增加電流的輸出，達(dá)到更好的充電效果；而且由于多個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)均勻排列，可使其受力均勻，具有良好的線性疊加效果O
[0115]圖12為本實(shí)用新型提供的自充電超級(jí)電容器的實(shí)施例四的立體結(jié)構(gòu)示意圖。如圖12所示，該自充電超級(jí)電容器包括:超級(jí)電容器121和分設(shè)在超級(jí)電容器121兩側(cè)的納米摩擦發(fā)電機(jī)122和123。其中，納米摩擦發(fā)電機(jī)122設(shè)置在超級(jí)電容器121的下側(cè)，納米摩擦發(fā)電機(jī)122與超級(jí)電容器121之間還設(shè)有第一絕緣層124 ;納米摩擦發(fā)電機(jī)123設(shè)置在超級(jí)電容器121的上側(cè)，納米摩擦發(fā)電機(jī)123與超級(jí)電容器121之間還設(shè)有第二絕緣層125。超級(jí)電容器121與上下兩側(cè)的納米摩擦發(fā)電機(jī)122、123以及第一絕緣層124、第二絕緣層125形成一個(gè)整體。圖12中未示出充電電路模塊。納米摩擦發(fā)電機(jī)122和123各自的兩個(gè)輸出電極并聯(lián)在一起與充電電路模塊連接，充電電路模塊再與超級(jí)電容器121的兩個(gè)集流體連接，從而實(shí)現(xiàn)電能的儲(chǔ)存。
[0116]本實(shí)施例中，超級(jí)電容器121為全固態(tài)超級(jí)電容器，選自全固態(tài)對(duì)稱(chēng)型石墨烯超級(jí)電容器、全固態(tài)對(duì)稱(chēng)型活性炭超級(jí)電容器、全固態(tài)活性炭與金屬氧化物非對(duì)稱(chēng)型超級(jí)電容器、全固態(tài)活性炭與導(dǎo)電聚合物非對(duì)稱(chēng)型超級(jí)電容器、全固態(tài)活性炭與鋰離子電池混合非對(duì)稱(chēng)型超級(jí)電容器中的一種。優(yōu)選地，超級(jí)電容器121選自全固態(tài)對(duì)稱(chēng)型石墨烯超級(jí)電容器。
[0117]圖13為本實(shí)用新型提供的自充電超級(jí)電容器的實(shí)施例四的截面示意圖。如圖13所示，超級(jí)電容器121的結(jié)構(gòu)與實(shí)施例三所描述的相同，其所包含的器件可選用的材質(zhì)也與實(shí)施例三所描述的相同，在此不再贅述。納米摩擦發(fā)電機(jī)122和123均為層狀結(jié)構(gòu)，將在后面詳細(xì)說(shuō)明。納米摩擦發(fā)電機(jī)122與超級(jí)電容器121之間設(shè)置有第一絕緣層124，納米摩擦發(fā)電機(jī)123與超級(jí)電容器121之間設(shè)置有第二絕緣層125。[0118]本實(shí)施例中充電電路模塊也與實(shí)施例一中所描述的相同，在此不再贅述。
[0119]本實(shí)施例提供的自充電超級(jí)電容器不僅限于包括上下兩個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)，在超級(jí)電容器的上側(cè)和/或下側(cè)可以設(shè)置多個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)，具體來(lái)說(shuō)，設(shè)置在超級(jí)電容器下側(cè)的納米摩擦發(fā)電機(jī)可以有多個(gè)，且陣列排列在同一層或不同層，形成并聯(lián)結(jié)構(gòu)；和/或，設(shè)置在超級(jí)電容器上側(cè)的納米摩擦發(fā)電機(jī)可以有多個(gè)，且陣列排列在同一層或不同層，形成并聯(lián)結(jié)構(gòu)。其排列可參照?qǐng)D7。平行并聯(lián)的多個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)可以增加電流的輸出，達(dá)到更好的充電效果；而且由于多個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)均勻排列，可使其受力均勻，具有良好的線性疊加效果。
[0120]下面將詳細(xì)介紹自充電超級(jí)電容器中的納米摩擦發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理。
[0121]納米摩擦發(fā)電機(jī)的第一種結(jié)構(gòu)如圖14a和圖14b所示。圖14a和圖14b分別示出了納米摩擦發(fā)電機(jī)的第一種結(jié)構(gòu)的立體結(jié)構(gòu)示意圖和剖面結(jié)構(gòu)示意圖。該納米摩擦發(fā)電機(jī)包括:依次層疊設(shè)置的第一電極141，第一高分子聚合物絕緣層142，以及第二電極143。具體地，第一電極141設(shè)置在第一高分子聚合物絕緣層142的第一側(cè)表面上；且第一高分子聚合物絕緣層142的第二側(cè)表面與第二電極143的表面接觸摩擦并在第二電極和第一電極處感應(yīng)出電荷。因此，上述的第一電極141和第二電極143構(gòu)成納米摩擦發(fā)電機(jī)的兩個(gè)輸出電極。
[0122]為了提高納米摩擦發(fā)電機(jī)的發(fā)電能力，在第一高分子聚合物絕緣層142的第二側(cè)表面(即相對(duì)第二電極143的面上)進(jìn)一步設(shè)有微納結(jié)構(gòu)144。因此，當(dāng)納米摩擦發(fā)電機(jī)受到擠壓時(shí)，第一高分子聚合物絕緣層142與第二電極143的相對(duì)表面能夠更好地接觸摩擦，并在第一電極141和第二電極143處感應(yīng)出較多的電荷。由于上述的第二電極143主要用于與第一高分子聚合物絕緣層142摩擦，因此，第二電極143也可以稱(chēng)之為摩擦電極。
[0123]上述的微納結(jié)構(gòu)144具體可以采取如下兩種可能的實(shí)現(xiàn)方式:第一種方式為，該微納結(jié)構(gòu)是微米級(jí)或納米級(jí)的非常小的凹凸結(jié)構(gòu)。該凹凸結(jié)構(gòu)能夠增加摩擦阻力，提高發(fā)電效率。所述凹凸結(jié)構(gòu)能夠在薄膜制備時(shí)直接形成，也能夠用打磨的方法使第一高分子聚合物絕緣層的表面形成不規(guī)則的凹凸結(jié)構(gòu)。具體地，該凹凸結(jié)構(gòu)可以是半圓形、條紋狀、立方體型、四棱錐型、或圓柱形等形狀的凹凸結(jié)構(gòu)。第二種方式為，該微納結(jié)構(gòu)是納米級(jí)孔狀結(jié)構(gòu)，此時(shí)第一高分子聚合物絕緣層所用材料優(yōu)選為聚偏氟乙烯(PVDF)，其厚度為0.5-1.2mm(優(yōu)選1.0mm)，且其相對(duì)第二電極的面上設(shè)有多個(gè)納米孔。其中，每個(gè)納米孔的尺寸，即寬度和深度，可以根據(jù)應(yīng)用的需要進(jìn)行選擇，優(yōu)選的納米孔的尺寸為:寬度為IO-1OOnm以及深度為4_50 μ m。納米孔的數(shù)量可以根據(jù)需要的輸出電流值和電壓值進(jìn)行調(diào)整，優(yōu)選的這些納米孔是孔間距為2-30 μ m的均勻分布，更優(yōu)選的平均孔間距為9 μ m的均勻分布。
[0124]下面具體介紹一下圖14a和圖14b所示的納米摩擦發(fā)電機(jī)的工作原理。當(dāng)該納米摩擦發(fā)電機(jī)的各層向下彎曲時(shí)，納米摩擦發(fā)電機(jī)中的第二電極143與第一高分子聚合物絕緣層142表面相互摩擦產(chǎn)生靜電荷，靜電荷的產(chǎn)生會(huì)使第一電極141和第二電極143之間的電容發(fā)生改變，從而導(dǎo)致第一電極141和第二電極143之間出現(xiàn)電勢(shì)差。由于第一電極141和第二電極143作為納米摩擦發(fā)電機(jī)的輸出電極與充電電路模塊連接，進(jìn)而與超級(jí)電容器連接，充電電路模塊和超級(jí)電容器構(gòu)成納米摩擦發(fā)電機(jī)的外電路，納米摩擦發(fā)電機(jī)的兩個(gè)輸出電極之間相當(dāng)于被外電路連通。當(dāng)該納米摩擦發(fā)電機(jī)的各層恢復(fù)到原來(lái)狀態(tài)時(shí)，這時(shí)形成在第一電極和第二電極之間的內(nèi)電勢(shì)消失，此時(shí)已平衡的第一電極和第二電極之間將再次產(chǎn)生反向的電勢(shì)差。通過(guò)反復(fù)摩擦和恢復(fù)，就可以在外電路中形成周期性的交流電信號(hào)。該交流電信號(hào)經(jīng)過(guò)充電電路模塊處理后轉(zhuǎn)換為直流電信號(hào)，該直流電信號(hào)輸出給超級(jí)電容器進(jìn)行儲(chǔ)存，從而實(shí)現(xiàn)了超級(jí)電容器的自充電。
[0125]根據(jù)發(fā)明人的研究發(fā)現(xiàn)，金屬與高分子聚合物摩擦，金屬更易失去電子，因此采用金屬電極與高分子聚合物摩擦能夠提高能量輸出。因此，相應(yīng)地，在圖14a和圖14b所示的納米摩擦發(fā)電機(jī)中，第二電極由于需要作為摩擦電極(即金屬)與第一高分子聚合物進(jìn)行摩擦，因此其材料可以選自金屬或合金，其中金屬可以是金、銀、鉬、鈀、鋁、鎳、銅、鈦、鉻、硒、鐵、猛、鑰、鶴或鑰;；合金可以是招合金、鈦合金、鎂合金、鈹合金、銅合金、鋅合金、猛合金、鎳合金、鉛合金、錫合金、鎘合金、秘合金、銦合金、鎵合金、鶴合金、鑰合金、銀合金或鉭合金。第一電極由于不需要進(jìn)行摩擦，因此，除了可以選用上述羅列的第二電極的材料之夕卜，其他能夠制作電極的材料也可以應(yīng)用，也就是說(shuō)，第一電極除了可以選自金屬或合金，其中金屬可以是金、銀、鉬、鈀、鋁、鎳、銅、鈦、鉻、硒、鐵、錳、鑰、鎢或釩；合金可以是鋁合金、鈦合金、鎂合金、鈹合金、銅合金、鋅合金、猛合金、鎳合金、鉛合金、錫合金、鎘合金、秘合金、銦合金、鎵合金、鎢合金、鑰合金、鈮合金或鉭合金之外，還可以選自銦錫氧化物、石墨烯、銀納米線膜等非金屬材料。
[0126]納米摩擦發(fā)電機(jī)的第二種結(jié)構(gòu)如圖15a和圖15b所示。圖15a和圖15b分別示出了納米摩擦發(fā)電機(jī)的第二種結(jié)構(gòu)的立體結(jié)構(gòu)示意圖和剖面結(jié)構(gòu)示意圖。該納米摩擦發(fā)電機(jī)包括:依次層疊設(shè)置的第一電極151，第一高分子聚合物絕緣層152，第二高分子聚合物絕緣層154以及第二電極153。具體地，第一電極151設(shè)置在第一高分子聚合物絕緣層152的第一側(cè)表面上；第二電極153設(shè)置在第二高分子聚合物絕緣層154的第一側(cè)表面上；其中，第一高分子聚合物絕緣層152的第二側(cè)表面與第二高分子聚合物絕緣層154的第二側(cè)表面接觸摩擦并在第一電極151和第二電極153處感應(yīng)出電荷。其中，第一電極151和第二電極153構(gòu)成納米摩擦發(fā)電機(jī)的兩個(gè)輸出電極。
[0127]為了提高納米摩擦發(fā)電機(jī)的發(fā)電能力，第一高分子聚合物絕緣層152和第二高分子聚合物絕緣層154相對(duì)設(shè)置的兩個(gè)面中的至少一個(gè)面上設(shè)有微納結(jié)構(gòu)。在圖15b中，第一高分子聚合物絕緣層152的面上設(shè)有微納結(jié)構(gòu)155。因此，當(dāng)納米摩擦發(fā)電機(jī)受到擠壓時(shí)，第一高分子聚合物絕緣層152與第二高分子聚合物絕緣層154的相對(duì)表面能夠更好地接觸摩擦，并在第一電極151和第二電極153處感應(yīng)出較多的電荷。上述的微納結(jié)構(gòu)可參照上文的描述，此處不再贅述。
[0128]圖15a和圖15b所示的納米摩擦發(fā)電機(jī)的工作原理與圖14a和圖14b所示的納米摩擦發(fā)電機(jī)的工作原理類(lèi)似。區(qū)別僅在于，當(dāng)圖15a和圖15b所示的納米摩擦發(fā)電機(jī)的各層彎曲時(shí)，是由第一高分子聚合物絕緣層152與第二高分子聚合物絕緣層154的表面相互摩擦來(lái)產(chǎn)生靜電荷的。因此，關(guān)于圖15a和圖15b所示的納米摩擦發(fā)電機(jī)的工作原理此處不再贅述。
[0129]圖15a和圖15b所示的納米摩擦發(fā)電機(jī)主要通過(guò)聚合物(第一高分子聚合物絕緣層)與聚合物(第二高分子聚合物絕緣層)之間的摩擦來(lái)產(chǎn)生電信號(hào)。
[0130]在這種結(jié)構(gòu)中，第一電極和第二電極所用材料可以是銦錫氧化物、石墨烯、銀納米線膜、金屬或合金，其中金屬可以是金、銀、鉬、鈀、鋁、鎳、銅、鈦、鉻、硒、鐵、錳、鑰、鎢或釩；合金可以是招合金、鈦合金、鎂合金、鈹合金、銅合金、鋅合金、猛合金、鎳合金、鉛合金、錫合金、鎘合金、秘合金、銦合金、鎵合金、鶴合金、鑰合金、銀合金或鉭合金。
[0131]上述兩種結(jié)構(gòu)中，第一高分子聚合物絕緣層和第二高分子聚合物絕緣層分別選自聚酰亞胺薄膜、苯胺甲醛樹(shù)脂薄膜、聚甲醛薄膜、乙基纖維素薄膜、聚酰胺薄膜、三聚氰胺甲醛薄膜、聚乙二醇丁二酸酯薄膜、纖維素薄膜、纖維素乙酸酯薄膜、聚己二酸乙二醇酯薄膜、聚鄰苯二甲酸二烯丙酯薄膜、纖維(再生)海綿薄膜、聚氨酯彈性體薄膜、苯乙烯丙烯共聚物薄膜、苯乙烯丁二烯共聚物薄膜、人造纖維薄膜、聚甲基薄膜，甲基丙烯酸酯薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚乙烯醇薄膜、聚酯薄膜、聚異丁烯薄膜、聚氨酯柔性海綿薄膜、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯薄膜、聚乙烯醇縮丁醛薄膜、甲醛苯酚薄膜、氯丁橡膠薄膜、丁二烯丙烯共聚物薄膜、天然橡膠薄膜、聚丙烯腈薄膜、丙烯腈氯乙烯薄膜和聚乙烯丙二酚碳酸鹽薄膜中的一種。其中，原則上第一高分子聚合物絕緣層和第二高分子聚合物絕緣層的材質(zhì)可以相同，也可以不同。但是，如果兩層高分子聚合物絕緣層的材質(zhì)都相同，會(huì)導(dǎo)致摩擦起電的電荷量很小。因此優(yōu)選地，第一高分子聚合物絕緣層與第二高分子聚合物絕緣層的材質(zhì)不同。
[0132]除了上述兩種結(jié)構(gòu)外，納米摩擦發(fā)電機(jī)還可以采用第三種結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，如圖16a和圖16b所示。圖16a和圖16b分別示出了納米摩擦發(fā)電機(jī)的第三種結(jié)構(gòu)的立體結(jié)構(gòu)示意圖和剖面結(jié)構(gòu)示意圖。從圖中可以看出，第三種結(jié)構(gòu)在第二種結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)居間薄膜層，即:第三種結(jié)構(gòu)的納米摩擦發(fā)電機(jī)包括依次層疊設(shè)置的第一電極161、第一高分子聚合物絕緣層162、居間薄膜層160、第二高分子聚合物絕緣層164以及第二電極163。具體地，第一電極161設(shè)置在第一高分子聚合物絕緣層162的第一側(cè)表面上；第二電極163設(shè)置在第二高分子聚合物絕緣層164的第一側(cè)表面上，且居間薄膜層160設(shè)置在第一高分子聚合物絕緣層162的第二側(cè)表面和第二高分子聚合物絕緣層164的第二側(cè)表面之間。其中，所述居間薄膜層160和第一高分子聚合物絕緣層162相對(duì)設(shè)置的兩個(gè)面中的至少一個(gè)面上設(shè)有微納結(jié)構(gòu)165，和/或所述居間薄膜層160和第二高分子聚合物絕緣層164相對(duì)設(shè)置的兩個(gè)面中的至少一個(gè)面上設(shè)有微納結(jié)構(gòu)165，關(guān)于微納結(jié)構(gòu)165的具體設(shè)置方式可參照上文描述，此處不再贅述。
[0133]圖16a和圖16b所示的納米摩擦發(fā)電機(jī)的材質(zhì)可以參照前述的第二種結(jié)構(gòu)的納米摩擦發(fā)電機(jī)的材質(zhì)進(jìn)行選擇。其中，居間薄膜層也可以選自透明高聚物聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)和液晶高分子聚合物(LCP)中的任意一種。其中，所述第一高分子聚合物絕緣層與第二高分子聚合物絕緣層的材料優(yōu)選透明高聚物聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET);其中，所述居間薄膜層的材料優(yōu)選聚二甲基硅氧烷(PDMS)。上述的第一高分子聚合物絕緣層、第二高分子聚合物絕緣層、居間薄膜層的材質(zhì)可以相同，也可以不同。但是，如果三層高分子聚合物絕緣層的材質(zhì)都相同，會(huì)導(dǎo)致摩擦起電的電荷量很小，因此，為了提高摩擦效果，居間薄膜層的材質(zhì)不同于第一高分子聚合物絕緣層和第二高分子聚合物絕緣層，而第一高分子聚合物絕緣層與第二高分子聚合物絕緣層的材質(zhì)則優(yōu)選相同，這樣，能減少材料種類(lèi)，使本實(shí)用新型的制作更加方便。
[0134]在圖16a和圖16b所不的實(shí)現(xiàn)方式中，居間薄膜層160是一層聚合物膜，因此實(shí)質(zhì)上與圖15a和圖15b所示的實(shí)現(xiàn)方式類(lèi)似，仍然是通過(guò)聚合物(居間薄膜層)和聚合物(第二高分子聚合物絕緣層)之間的摩擦來(lái)發(fā)電的。其中，居間薄膜層容易制備且性能穩(wěn)定。[0135]另外，納米摩擦發(fā)電機(jī)還可以采用第四種結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，如圖17a和圖17b所示，包括:依次層疊設(shè)置的第一電極171，第一高分子聚合物絕緣層172，居間電極層170，第二高分子聚合物絕緣層174和第二電極173 ;其中，第一電極171設(shè)置在第一高分子聚合物絕緣層172的第一側(cè)表面上；第二電極173設(shè)置在第二高分子聚合物絕緣層174的第一側(cè)表面上，居間電極層170設(shè)置在第一高分子聚合物絕緣層172的第二側(cè)表面與第二高分子聚合物絕緣層174的第二側(cè)表面之間。其中，第一高分子聚合物絕緣層172相對(duì)居間電極層170的面和居間電極層170相對(duì)第一高分子聚合物絕緣層172的面中的至少一個(gè)面上設(shè)置有微納結(jié)構(gòu)(圖未示)；第二高分子聚合物絕緣層174相對(duì)居間電極層170的面和居間電極層170相對(duì)第二高分子聚合物絕緣層174的面中的至少一個(gè)面上設(shè)置有微納結(jié)構(gòu)(圖未示)。在這種方式中，通過(guò)居間電極層170與第一高分子聚合物絕緣層172和第二高分子聚合物絕緣層174之間摩擦產(chǎn)生靜電荷，由此將在居間電極層170與第一電極171和第二電極173之間產(chǎn)生電勢(shì)差，此時(shí)，第一電極171和第二電極173串聯(lián)為納米摩擦發(fā)電機(jī)的一個(gè)輸出電極；居間電極層170為納米摩擦發(fā)電機(jī)的另一個(gè)輸出電極。
[0136]在圖17a和圖17b所示的結(jié)構(gòu)中，第一高分子聚合物絕緣層、第二高分子聚合物絕緣層、第一電極和第二電極的材質(zhì)可以參照前述的第二種結(jié)構(gòu)的納米摩擦發(fā)電機(jī)的材質(zhì)進(jìn)行選擇。居間電極層可以選擇導(dǎo)電薄膜、導(dǎo)電高分子、金屬材料，金屬材料包括純金屬和合金，純金屬選自金、銀、鉬、鈀、鋁、鎳、銅、鈦、鉻、硒、鐵、錳、鑰、鎢、釩等，合金可以選自輕合金(鋁合金、鈦合金、鎂合金、鈹合金等)、重有色合金(銅合金、鋅合金、錳合金、鎳合金等)、低熔點(diǎn)合金(鉛、錫、鎘、鉍、銦、鎵及其合金)、難熔合金(鎢合金、鑰合金、鈮合金、鉭合金等)。居間電極層80的厚度優(yōu)選100 μ m-500 μ m,更優(yōu)選200 μ m。
[0137]本實(shí)用新型提供的自充電超級(jí)電容器可以實(shí)現(xiàn)自充電功能，由于采用柔性材料制作，使得整個(gè)自充電超級(jí)電容器可以任意彎曲、變形，從而使得本實(shí)用新型的自充電超級(jí)電容器可以適應(yīng)不同應(yīng)用場(chǎng)合和環(huán)境。另外，本實(shí)用新型提供的自充電超級(jí)電容器可以實(shí)現(xiàn)超級(jí)電容器的快速充放電，而且放電過(guò)程中電容器的容量保持率高，可以實(shí)現(xiàn)更有效的充放電，是一個(gè)優(yōu)異的儲(chǔ)能器件。除此，本實(shí)用新型提供的自充電超級(jí)電容器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)靈活、巧妙，性能更佳，而且形狀、尺寸也可以根據(jù)使用者的需求加工，更為便捷化。
[0138]最后，需要注意的是:以上列舉的僅是本實(shí)用新型的具體實(shí)施例子，當(dāng)然本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行改動(dòng)和變型，倘若這些修改和變型屬于本實(shí)用新型權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，均應(yīng)認(rèn)為是本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種自充電超級(jí)電容器，其特征在于，包括: 將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的至少一個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)，每個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)具有用于輸出電信號(hào)的兩個(gè)輸出電極； 與所述至少一個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)的輸出電極相連的、將所述納米摩擦發(fā)電機(jī)輸出的電信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換的充電電路模塊；以及 與所述充電電路模塊相連的、接收所述充電電路模塊輸出的電信號(hào)并進(jìn)行儲(chǔ)存的超級(jí)電容器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自充電超級(jí)電容器，其特征在于，所述超級(jí)電容器包括: 基底； 位于基底上的隔膜、超級(jí)電容器第一電極、超級(jí)電容器第二電極以及第一集流體、第二集流體，所述隔膜設(shè)置在所述超級(jí)電容器第一電極和超級(jí)電容器第二電極之間，所述第一集流體與超級(jí)電容器第一電極連接，所述第二集流體與超級(jí)電容器第二電極連接，所述充電電路模塊與所述第一集流體、第二集流體連接； 分別位于所述第一集流體和第二集流體上的兩個(gè)墊層片； 由所述兩個(gè)墊層片、所述隔膜、所述超級(jí)電容器第一電極和超級(jí)電容器第二電極形成的空腔，所述空腔內(nèi)填充有電解液； 將所述電解液進(jìn)行封裝的封裝層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自充電超級(jí)電容器，其特征在于，所述至少一個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)設(shè)置在所述超級(jí)電容器的一側(cè)，所述至少一個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)與所述超級(jí)電容器共用所述基底。`
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自充電超級(jí)電容器，其特征在于，所述至少一個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)分設(shè)在所述超級(jí)電容器的兩側(cè)，設(shè)置在所述超級(jí)電容器下側(cè)的至少一個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)與所述超級(jí)電容器共用所述基底，設(shè)置在所述超級(jí)電容器上側(cè)的至少一個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)與所述超級(jí)電容器之間還設(shè)置有絕緣層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自充電超級(jí)電容器，其特征在于，所述超級(jí)電容器包括:依次平行層疊設(shè)置的第一集流體、超級(jí)電容器第一電極、隔膜、超級(jí)電容器第二電極和第二集流體；所述充電電路模塊與所述第一集流體、第二集流體連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的自充電超級(jí)電容器，其特征在于，所述至少一個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)設(shè)置在所述超級(jí)電容器的一側(cè)，所述至少一個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)與所述超級(jí)電容器之間還設(shè)置有絕緣層。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的自充電超級(jí)電容器，其特征在于，所述至少一個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)分設(shè)在所述超級(jí)電容器的兩側(cè)，設(shè)置在所述超級(jí)電容器下側(cè)的至少一個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)與所述超級(jí)電容器之間還設(shè)置有第一絕緣層，設(shè)置在所述超級(jí)電容器上側(cè)的至少一個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)與所述超級(jí)電容器之間還設(shè)置有第二絕緣層。
8.根據(jù)權(quán)利要求3或5所述的自充電超級(jí)電容器，其特征在于，所述納米摩擦發(fā)電機(jī)有多個(gè)，且陣列排列在同一層或不同層，形成并聯(lián)結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求4或7所述的自充電超級(jí)電容器，其特征在于: 設(shè)置在所述超級(jí)電容器下側(cè)的納米摩擦發(fā)電機(jī)有多個(gè)，且陣列排列在同一層或不同層，形成并聯(lián)結(jié)構(gòu)；和/或，設(shè)置在所述超級(jí)電容器上側(cè)的納米摩擦發(fā)電機(jī)有多個(gè)，且陣列排列在同一層或不同層，形成并聯(lián)結(jié)構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求2或5所述的自充電超級(jí)電容器，其特征在于，所述超級(jí)電容器為全固態(tài)超級(jí)電容器，選自全固態(tài)對(duì)稱(chēng)型石墨烯超級(jí)電容器、全固態(tài)對(duì)稱(chēng)型活性炭超級(jí)電容器、全固態(tài)活性炭與金屬氧化物非對(duì)稱(chēng)型超級(jí)電容器、全固態(tài)活性炭與導(dǎo)電聚合物非對(duì)稱(chēng)型超級(jí)電容器、全固態(tài)活性炭與鋰離子電池混合非對(duì)稱(chēng)型超級(jí)電容器中的一種。
11.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自充電超級(jí)電容器，其特征在于，所述基底的材質(zhì)選自聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、硅和二氧化硅中的一種。
12.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自充電超級(jí)電容器，其特征在于，所述兩個(gè)墊層片的材質(zhì)選自丁鈉橡膠、丁苯橡膠、丁腈橡膠、丁基橡膠、硅橡膠、聚氨酯橡膠、異戊橡膠、順丁橡膠、氟橡膠和丙烯酸酯橡膠中的一種。
13.根據(jù)權(quán)利要求2或5所述的自充電超級(jí)電容器，其特征在于，所述隔膜的材質(zhì)為氧化石墨。
14.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自充電超級(jí)電容器，其特征在于，所述封裝層的材質(zhì)為鋁塑膜、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲醛、聚碳酸酯和聚酰胺膜中的一種。
15.根據(jù)權(quán)利要求2或5所述的自充電超級(jí)電容器，其特征在于，所述第一集流體和第二集流體的材質(zhì)選自銅、銀、鋁和鎳中的一種；所述超級(jí)電容器第一電極和超級(jí)電容器第二電極的材質(zhì)選自石墨烯、活性炭、炭氣凝膠、碳纖維、金屬氧化物、導(dǎo)電聚合物和鋰離子電池電極材料中的一種。
16.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自充電超級(jí)電容器，其特征在于，所述超級(jí)電容器第一電極和超級(jí)電容器第二電極為:平行結(jié)構(gòu)、交指結(jié)構(gòu)、U形結(jié)構(gòu)、螺旋形結(jié)構(gòu)或樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)。
17.根據(jù)權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的自充電超級(jí)電容器，其特征在于，所述充電電路模塊包括: 與至少一個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)的輸出電極相連的、將所述至少一個(gè)納米摩擦發(fā)電機(jī)輸出的電信號(hào)進(jìn)行整流處理的整流電路模塊；以及 與所述整流電路模塊相連的、將所述整流電路模塊輸出的單向脈沖直流電進(jìn)行濾波處理而得到直流電信號(hào)的濾波電路模塊，所述濾波電路模塊將所述直流電信號(hào)輸出給所述超級(jí)電容器。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的自充電超級(jí)電容器，其特征在于，所述充電電路模塊還包括:充電控制模塊和開(kāi)關(guān)/變壓模塊； 所述充電控制模塊與濾波電路模塊連接，接收所述濾波電路模塊輸出的直流電信號(hào)；所述充電控制模塊與所述超級(jí)電容器連接，接收所述超級(jí)電容器反饋的充電電壓；所述充電控制模塊與所述開(kāi)關(guān)/變壓模塊連接，所述充電控制模塊根據(jù)所述直流電信號(hào)和所述充電電壓得到控制信號(hào)，向所述開(kāi)關(guān)/變壓模塊輸出所述控制信號(hào)； 所述開(kāi)關(guān)/變壓模塊與所述濾波電路模塊連接，接收濾波電路模塊輸出的直流電信號(hào)；所述開(kāi)關(guān)/變壓模塊與所述超級(jí)電容器連接，所述開(kāi)關(guān)/變壓模塊根據(jù)接收的控制信號(hào)進(jìn)行開(kāi)關(guān)切換和對(duì)所述濾波電路模塊輸出的直流電信號(hào)進(jìn)行變壓處理后輸出給所述超級(jí)電容器。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的自充電超級(jí)電容器，其特征在于，所述充電電路模塊還包括:發(fā)電機(jī)控制模塊； 所述發(fā)電機(jī)控制模塊與所述超級(jí)電容器連接，接收所述超級(jí)電容器反饋的充電電壓； 所述發(fā)電機(jī)控制模塊與所述納米摩擦發(fā)電機(jī)連接，所述發(fā)電機(jī)控制模塊根據(jù)所述充電電壓向所述納米摩擦發(fā)電機(jī)輸出停止發(fā)電的信號(hào)。
20.根據(jù)權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的自充電超級(jí)電容器，其特征在于，所述納米摩擦發(fā)電機(jī)包括:依次層疊設(shè)置的第一電極，第一高分子聚合物絕緣層，以及第二電極；其中，所述第一電極設(shè)置在所述第一高分子聚合物絕緣層的第一側(cè)表面上；且所述第一高分子聚合物絕緣層的第二側(cè)表面朝向所述第二電極設(shè)置，所述第一電極和第二電極構(gòu)成所述納米摩擦發(fā)電機(jī)的輸出電極。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的自充電超級(jí)電容器，其特征在于，所述第一高分子聚合物絕緣層朝向第二電極的面上設(shè)有微納結(jié)構(gòu)。
22.根據(jù)權(quán)利要求20所述的自充電超級(jí)電容器，其特征在于，所述納米摩擦發(fā)電機(jī)進(jìn)一步包括:設(shè)置在所述第二電極和所述第一高分子聚合物絕緣層之間的第二高分子聚合物絕緣層，所述第二電極設(shè)置在所述第二高分子聚合物絕緣層的第一側(cè)表面上；且所述第二高分子聚合物絕緣層的第二側(cè)表面與所述第一高分子聚合物絕緣層的第二側(cè)表面相對(duì)設(shè)置。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的自充電超級(jí)電容器，其特征在于，所述第一高分子聚合物絕緣層和第二高分子聚合物絕緣層相對(duì)設(shè)置的兩個(gè)面中的至少一個(gè)面上設(shè)有微納結(jié)構(gòu)。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的自充電超級(jí)電容器，其特征在于，所述納米摩擦發(fā)電機(jī)進(jìn)一步包括:設(shè)置在所述第一高分子聚合物絕緣層和所述第二高分子聚合物絕緣層之間的居間薄膜層，其中，所述居間薄膜層為聚合物薄膜層，且所述第一高分子聚合物絕緣層相對(duì)所述居間薄膜層的面和居間薄膜層相對(duì)于第一高分子聚合物絕緣層的面中的至少一個(gè)面上和/或所述第二高分子聚合物絕緣層相對(duì)所述居間薄膜層的面和居間薄膜層相對(duì)第二高分子聚合物絕緣層的面中的至少一個(gè)面上設(shè)有微納結(jié)構(gòu)。
25.根據(jù)權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的自充電超級(jí)電容器，其特征在于，所述納米摩擦發(fā)電機(jī)包括:依次層疊設(shè)置的第一電極，第一高分子聚合物絕緣層，居間電極層，第二高分子聚合物絕緣層以及第二電極；其中，所述第一電極設(shè)置在所述第一高分子聚合物絕緣層的第一側(cè)表面上；所述第二電極設(shè)置在所述第二高分子聚合物絕緣層的第一側(cè)表面上，所述居間電極層設(shè)置在所述第一高分子聚合物絕緣層的第二側(cè)表面與所述第二高分子聚合物絕緣層的第二側(cè)表面之間，且所述第一高分子聚合物絕緣層相對(duì)所述居間電極層的面和居間電極層相對(duì)于第一高分子聚合物絕緣層的面中的至少一個(gè)面上和/或所述第二高分子聚合物絕緣層相對(duì)所述居間電 極層的面和居間電極層相對(duì)第二高分子聚合物絕緣層的面中的至少一個(gè)面上設(shè)有微納結(jié)構(gòu)，所述第一電極和第二電極相連后與所述居間電極層構(gòu)成所述納米摩擦發(fā)電機(jī)的輸出電極。
【文檔編號(hào)】H02N1/04GK203377111SQ201320128866
【公開(kāi)日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2013年3月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月20日
【發(fā)明者】徐傳毅, 趙豪, 吳寶榮, 郝立星 申請(qǐng)人:納米新能源（唐山）有限責(zé)任公司