一種適用于波動液體的發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種納米發(fā)電系統(tǒng)，特別是能夠?qū)⒑恿骰蚝Ｑ蟮炔▌右后w中的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]從2012年開始，基于摩擦靜電效應(yīng)的納米發(fā)電機(jī)得以快速發(fā)展，并以其高效的輸出、簡單的工藝、穩(wěn)定的性能，為機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔軄眚?qū)動電子器件提供了一種具有應(yīng)用前景的途徑。但是，基于現(xiàn)有的摩擦電納米發(fā)電機(jī)的基本模式與器件設(shè)計用于水利發(fā)電，首先在海水中，摩擦產(chǎn)生的靜電荷很容易被海水中的帶電離子中和，大大降低發(fā)電機(jī)的發(fā)電功率和機(jī)械能利用效率。這一特點(diǎn)很大程度地限制了摩擦電納米發(fā)電機(jī)的應(yīng)用，使其無法有效收集海水/河水中任意的自由運(yùn)動物體的機(jī)械能。此外，絕大多數(shù)摩擦發(fā)電機(jī)只有一個主要工作部件，能夠產(chǎn)生的電流有限，難以獲得可以實(shí)用的高功率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]要解決的技術(shù)問題
[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是設(shè)計一種新型適用于波動液體如海水或河水能量收集的發(fā)電系統(tǒng)，將波動液體的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)楦吖β实碾娔茌敵觥?br>[0005]技術(shù)方案
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種可以應(yīng)用在波動液體中的發(fā)電系統(tǒng)，該發(fā)電系統(tǒng)設(shè)計包括多個全密封的發(fā)電單元，其中每個全密封發(fā)電單元包括一個或多個納米發(fā)電機(jī)，以及與納米發(fā)電機(jī)個數(shù)匹配的整流部件。多個所述發(fā)電單元互相連接形成單層或者多層網(wǎng)絡(luò)，所述網(wǎng)絡(luò)的形狀能夠隨著液體的波動而變化，帶動發(fā)電單元中的納米發(fā)電機(jī)向整流部件輸出電信號；所述整流部件的輸出端引出所述密封外殼作為所述發(fā)電單元的輸出端。
[0007]具體的，本發(fā)明提供一種適用于波動液體發(fā)電的納米發(fā)電系統(tǒng)，包括多個發(fā)電單元，每個所述發(fā)電單元中包括密封外殼，密封外殼中封裝有至少一個納米發(fā)電機(jī)以及不少于納米發(fā)電機(jī)個數(shù)的整流部件，每個納米發(fā)電機(jī)連接一個整流部件；其中，多個所述發(fā)電單元互相連接形成網(wǎng)絡(luò)，所述網(wǎng)絡(luò)的形狀能夠隨著液體的波動而變化，帶動所述發(fā)電單元中的納米發(fā)電機(jī)向所述整流部件輸出電信號；所述發(fā)電單元中的全部所述整流部件的輸出端并聯(lián)后引出所述密封外殼作為所述發(fā)電單元的輸出端。
[0008]優(yōu)選的，多個所述發(fā)電單元互相連接形成的網(wǎng)絡(luò)為單層結(jié)構(gòu)。
[0009]優(yōu)選的，多個所述發(fā)電單元互相連接形成的網(wǎng)絡(luò)為包括多個發(fā)電層的多層結(jié)構(gòu)，相鄰兩層之間通過連接線互相連接形成所述網(wǎng)絡(luò)。
[0010]優(yōu)選的，所述發(fā)電系統(tǒng)中每層還包括兩組總線，每組總線中包括至少一條總線，每組中的多條總線通過互連線互相電連接，所述發(fā)電單元的兩個輸出端分別電連接在兩組總線上。
[0011]優(yōu)選的，所述發(fā)電系統(tǒng)中每層的所述發(fā)電單元，按照陣列形式排列形成單層網(wǎng)絡(luò)。
[0012]優(yōu)選的，所述連接線為導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，用來將多個發(fā)電單元連接到所述總線或互連線，以形成所述網(wǎng)絡(luò)，使所有發(fā)電單元的輸出端并聯(lián)連接。
[0013]優(yōu)選的，所述摩擦納米發(fā)電機(jī)的包括:
[0014]第一電極層,設(shè)置在所述密封外殼內(nèi)表面或密封外殼內(nèi)部與密封外殼相對位置固定的結(jié)構(gòu)上；
[0015]第一摩擦層，接觸設(shè)置在所述第一電極層上；
[0016]活動塊，彈性連接在所述密封外殼內(nèi)，所述活動塊的外表面為絕緣材料；
[0017]第二電極層，設(shè)置在所述活動塊外表面；
[0018]第二摩擦層，接觸設(shè)置在所述第二電極層上，所述第一摩擦層與第二摩擦層面對面設(shè)置；第一摩擦層與第二摩擦層的材料存在得失電子能力差異；
[0019]當(dāng)多個發(fā)電單元連接形成的網(wǎng)絡(luò)在液體波動的作用下改變形狀時，所述活動塊能夠在密封外殼圍成的空腔內(nèi)移動，帶動所述發(fā)電單元產(chǎn)生晃動或者傾斜，在所述彈性結(jié)構(gòu)的作用下活動塊在密封外殼圍成的空腔內(nèi)移動，使第一摩擦層與第二摩擦層發(fā)生接觸分離的運(yùn)動，在所述第一電極層與第二電極層之間產(chǎn)生電勢差。
[0020]優(yōu)選的，所述發(fā)電單元的密封外殼圍成的空腔為多面體、球體或柱體，在所述空腔內(nèi)設(shè)置多個摩擦納米發(fā)電機(jī)，所述活動塊的外表面為多面體、球體或柱體，每個所述摩擦納米發(fā)電機(jī)的第一電極層設(shè)置在密封外殼的一個內(nèi)表面或內(nèi)部與密封外殼不會產(chǎn)生相對位置改變的結(jié)構(gòu)的一個表面上，第二電極層設(shè)置在活動塊的一個外表面。
[0021 ] 優(yōu)選的,所述發(fā)電單兀的密封外殼圍成的空腔為六面體,在所述空腔的一個內(nèi)表面采用彈簧連接所述活動塊。
[0022]優(yōu)選的，所述第一摩擦層與第二摩擦層為絕緣體、半導(dǎo)體或者導(dǎo)體材料。
[0023]優(yōu)選的，所述第一摩擦層或第二摩擦層為導(dǎo)體材料；所述導(dǎo)體材料的摩擦層代替與其接觸設(shè)置的電極層。
[0024]優(yōu)選的，所述第一摩擦層和第二摩擦層的厚度為100納米至I毫米；第一摩擦層與第二摩擦層相對的表面形狀和尺寸相當(dāng)或者相等。
[0025]優(yōu)選的，所述第一電極層和第二電極層的厚度為5納米至I厘米。
[0026]優(yōu)選的，所述第一摩擦層面向第二摩擦層的表面和/或所述第二摩擦層面向所述第一摩擦層的表面，部分或者全部具有微米或次微米量級的微結(jié)構(gòu)或者納米材料的點(diǎn)綴或涂層。
[0027]優(yōu)選的，所述發(fā)電單元中的納米發(fā)電機(jī)為靜電感應(yīng)納米發(fā)電機(jī)，具體結(jié)構(gòu)為:
[0028]固定在所述密封外殼內(nèi)壁上的兩個電極；
[0029]一個可在所述密封外殼的空腔中自由移動的絕緣滑動體；
[0030]當(dāng)發(fā)電系統(tǒng)受到液體波動作用而發(fā)生形狀改變時，所述密封外殼發(fā)生晃動，帶電的所述滑動體在兩個電極間來回滑動或者滾動，由于靜電感應(yīng)作用，驅(qū)動電子在兩個電極間流動。
[0031]優(yōu)選的，所述兩個電極之間的距離范圍為lmm-lm。
[0032]優(yōu)選的，所述發(fā)電單元中包括兩個所述靜電感應(yīng)納米發(fā)電機(jī)，其中，兩個靜電感應(yīng)納米發(fā)電機(jī)共用一個所述絕緣滑動體，四個電極設(shè)置在所述密封外殼內(nèi)壁的一個平面上，兩個靜電感應(yīng)納米發(fā)電機(jī)的兩個電極中心的連線相交。
[0033]優(yōu)選的，所述密封外殼的內(nèi)壁至少具有一個平面，所述發(fā)電單元中的納米發(fā)電機(jī)為靜電感應(yīng)納米發(fā)電機(jī)，具體結(jié)構(gòu)為:
[0034]固定在所述平面上的兩組電極，每組電極中至少包括一個條狀電極并且互相電連接，所述兩組電極的條狀電極交替排列，兩組電極中的所有條狀電極基本平行排列；
[0035]一個可在所述密封外殼的空腔中自由移動的絕緣滑動體；
[0036]當(dāng)發(fā)電系統(tǒng)受到液體波動作用而發(fā)生形狀改變時，所述密封外殼發(fā)生晃動，帶電的所述滑動體在所述兩組電極間滑動或者滾動，由于靜電感應(yīng)作用，驅(qū)動電子在兩組電極間流動。
[0037]優(yōu)選的，所述密封外殼的內(nèi)壁具有面對面的第一平面和第二平面，在兩個平面上分別設(shè)置所述的靜電感應(yīng)納米發(fā)電機(jī)，其中，兩個靜電感應(yīng)納米發(fā)電機(jī)共用一個所述滑動體，固定在所述第一平面上的兩組電極與固定在第二平面上的兩組電極的排列方向互相垂直。
[0038]優(yōu)選的，所述兩組電極的所有條狀電極等距排列，距離范圍為0.1mm-1m ;所述條狀電極的寬度與所述滑動體的尺寸接近。
[0039]優(yōu)選的，所述滑動體通過與任意一個電極接觸發(fā)生摩擦而帶電；或者，所述滑動體在與所述電極接觸前即帶有電荷。
[0040]優(yōu)選的，所述滑動體采用駐極體材料。
[0041 ] 優(yōu)選的，所述滑動體為多面體、柱體、球形或者橢球形。
[0042]優(yōu)選的，所述整流部件設(shè)置在密封外殼的空腔中；或者，所述整流部件密封在密封外殼的材料中。
[0043]優(yōu)選的，所述整流部件為全橋整流器。
[0044]優(yōu)選的，所述發(fā)電單元在每個維度的尺寸范圍為lcm-lm，形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)時相鄰兩個發(fā)電單元間隔為密封外殼尺寸的0.1倍至100倍。
[0045]優(yōu)選的，所述發(fā)電單元的密封外殼上附著有配重體，所述配重體的作用在于調(diào)節(jié)發(fā)電系統(tǒng)的平均密度。
[0046]有益效果
[0047]本發(fā)明提供的發(fā)電系統(tǒng)最突出的優(yōu)點(diǎn)是發(fā)電單元全密封，而且采用多個發(fā)電單元連接形成可以隨著液體波動而變形的網(wǎng)絡(luò)，隨著液體的波動，多個發(fā)電單元形成的網(wǎng)絡(luò)發(fā)生形變使數(shù)個發(fā)電單元中的納米發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電信號通過整流部件整流為直流輸出，多個整流部件的輸出端并聯(lián)后作為發(fā)電單元的輸出，將多個發(fā)電單元的輸出信號進(jìn)行并聯(lián)，可以獲得大的電流輸出。這使得納米發(fā)電機(jī)可以應(yīng)用于海水等復(fù)雜的體系，而且可以提供大的輸出功率驅(qū)動外部電子器件。
[0048]本發(fā)明提供的發(fā)電系統(tǒng)，由多個發(fā)電單元互相連接形成的網(wǎng)絡(luò)，可以為二維網(wǎng)絡(luò)，漂浮在液體表面收集液體波動的機(jī)械能；也可以為三維網(wǎng)絡(luò)，漂浮或者懸浮在液體中可以收集液體波動時不同方向的機(jī)械能。并且，將多個發(fā)電單元進(jìn)行并聯(lián)的總線、