一种适用于波动液体的发电系统技术方案

本实用新型专利技术提供了一种适用于波动液体的发电系统,包括若干连接在一起的全密封发电单元，发电单元的密封外壳中包括纳米发电机和整流部件。在水力、洋流等外界机械能的作用下，发电单元将机械能传递至其内部的纳米发电机，纳米发电机利用摩擦发电原理和静电感应原理产生电信号，实现能量收集。该发电系统最大的优点是，能实现多个发电单元在海水/河水里并行发电，充分收集波动液体如海潮的能量，并且获得大的电流输出。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术提供了一种适用于波动液体的发电系统,包括若干连接在一起的全密封发电单元，发电单元的密封外壳中包括纳米发电机和整流部件。在水力、洋流等外界机械能的作用下，发电单元将机械能传递至其内部的纳米发电机，纳米发电机利用摩擦发电原理和静电感应原理产生电信号，实现能量收集。该发电系统最大的优点是，能实现多个发电单元在海水/河水里并行发电，充分收集波动液体如海潮的能量，并且获得大的电流输出。【专利说明】一种适用于波动液体的发电系统
本技术涉及一种纳米发电系统，特别是能够将河流或海洋等波动液体中的机 械能转化为电能的发电系统。
技术介绍
从2012年开始，基于摩擦静电效应的纳米发电机得以快速发展，并以其高效的输 出、简单的工艺、稳定的性能，为机械能转变为电能来驱动电子器件提供了一种具有应用前 景的途径。但是，基于现有的摩擦电纳米发电机的基本模式与器件设计用于水利发电，首先 在海水中，摩擦产生的静电荷很容易被海水中的带电离子中和，大大降低发电机的发电功 率和机械能利用效率。这一特点很大程度地限制了摩擦电纳米发电机的应用，使其无法有 效收集海水/河水中任意的自由运动物体的机械能。此外，绝大多数摩擦发电机只有一个 主要工作部件，能够产生的电流有限，难以获得可以实用的高功率。
技术实现思路
要解决的技术问题 本技术所要解决的技术问题是设计一种新型适用于波动液体如海水或河水 能量收集的发电系统，将波动液体的机械能转变为高功率的电能输出。 技术方案 为解决上述技术问题，本技术提出一种可以应用在波动液体中的发电系统， 该发电系统设计包括多个全密封的发电单元，其中每个全密封发电单元包括一个或多个纳 米发电机，以及与纳米发电机个数匹配的整流部件。多个所述发电单元互相连接形成单层 或者多层网络，所述网络的形状能够随着液体的波动而变化，带动发电单元中的纳米发电 机向整流部件输出电信号；所述整流部件的输出端引出所述密封外壳作为所述发电单元的 输出端。 具体的，本技术提供一种适用于波动液体发电的纳米发电系统，包括多个发 电单元，每个所述发电单元中包括密封外壳，密封外壳中封装有至少一个纳米发电机以及 不少于纳米发电机个数的整流部件，每个纳米发电机连接一个整流部件；其中，多个所述发 电单元互相连接形成网络，所述网络的形状能够随着液体的波动而变化，带动所述发电单 元中的纳米发电机向所述整流部件输出电信号；所述发电单元中的全部所述整流部件的输 出端并联后引出所述密封外壳作为所述发电单元的输出端。 优选的，多个所述发电单元互相连接形成的网络为单层结构。 优选的，多个所述发电单元互相连接形成的网络为包括多个发电层的多层结构， 相邻两层之间通过连接线互相连接形成所述网络。 优选的，所述发电系统中每层还包括两组总线，每组总线中包括至少一条总线，每 组中的多条总线通过互连线互相电连接，所述发电单元的两个输出端分别电连接在两组总 线上。 toon] 优选的，所述发电系统中每层的所述发电单元，按照阵列形式排列形成单层网络。 优选的，所述连接线为导电结构，用来将多个发电单元连接到所述总线或互连线， 以形成所述网络，使所有发电单元的输出端并联连接。 优选的，所述摩擦纳米发电机的包括： 第一电极层，设置在所述密封外壳内表面或密封外壳内部与密封外壳相对位置固 定的结构上； 第一摩擦层，接触设置在所述第一电极层上； 活动块，弹性连接在所述密封外壳内，所述活动块的外表面为绝缘材料； 第二电极层，设置在所述活动块外表面； 第二摩擦层，接触设置在所述第二电极层上，所述第一摩擦层与第二摩擦层面对 面设置；第一摩擦层与第二摩擦层的材料存在得失电子能力差异； 当多个发电单元连接形成的网络在液体波动的作用下改变形状时，所述活动块能 够在密封外壳围成的空腔内移动，带动所述发电单元产生晃动或者倾斜，在所述弹性结构 的作用下活动块在密封外壳围成的空腔内移动，使第一摩擦层与第二摩擦层发生接触分离 的运动，在所述第一电极层与第二电极层之间产生电势差。 优选的，所述发电单元的密封外壳围成的空腔为多面体、球体或柱体，在所述空腔 内设置多个摩擦纳米发电机，所述活动块的外表面为多面体、球体或柱体，每个所述摩擦纳 米发电机的第一电极层设置在密封外壳的一个内表面或内部与密封外壳不会产生相对位 置改变的结构的一个表面上，第二电极层设置在活动块的一个外表面。 优选的，所述发电单元的密封外壳围成的空腔为六面体，在所述空腔的一个内表 面采用弹簧连接所述活动块。 优选的，所述第一摩擦层与第二摩擦层为绝缘体、半导体或者导体材料。 优选的，所述第一摩擦层或第二摩擦层为导体材料；所述导体材料的摩擦层代替 与其接触设置的电极层。 优选的，所述第一摩擦层和第二摩擦层的厚度为100纳米至1毫米；第一摩擦层与 第二摩擦层相对的表面形状和尺寸相当或者相等。 优选的，所述第一电极层和第二电极层的厚度为5纳米至1厘米。 优选的，所述第一摩擦层面向第二摩擦层的表面和/或所述第二摩擦层面向所述 第一摩擦层的表面，部分或者全部具有微米或次微米量级的微结构或者纳米材料的点缀或 涂层。 优选的，所述发电单元中的纳米发电机为静电感应纳米发电机，具体结构为： 固定在所述密封外壳内壁上的两个电极； -个可在所述密封外壳的空腔中自由移动的绝缘滑动体； 当发电系统受到液体波动作用而发生形状改变时，所述密封外壳发生晃动，带电 的所述滑动体在两个电极间来回滑动或者滚动，由于静电感应作用，驱动电子在两个电极 间流动。 优选的，所述两个电极之间的距离范围为lmm-lm。 优选的，所述发电单元中包括两个所述静电感应纳米发电机，其中，两个静电感应 纳米发电机共用一个所述绝缘滑动体，四个电极设置在所述密封外壳内壁的一个平面上， 两个静电感应纳米发电机的两个电极中心的连线相交。 优选的，所述密封外壳的内壁至少具有一个平面，所述发电单元中的纳米发电机 为静电感应纳米发电机，具体结构为： 固定在所述平面上的两组电极，每组电极中至少包括一个条状电极并且互相电连 接，所述两组电极的条状电极交替排列，两组电极中的所有条状电极基本平行排列； -个可在所述密封外壳的空腔中自由移动的绝缘滑动体； 当发电系统受到液体波动作用而发生形状改变时，所述密封外壳发生晃动，带电 的所述滑动体在所述两组电极间滑动或者滚动，由于静电感应作用，驱动电子在两组电极 间流动。 优选的，所述密封外壳的内壁具有面对面的第一平面和第二平面，在两个平面上 分别设置所述的静电感应纳米发电机，其中，两个静电感应纳米发电机共用一个所述滑动 体，固定在所述第一平面上的两组电极与固定在第二平面上的两组电极的排列方向互相垂 直。 优选的，所述两组电极的所有条状电极等距排列，距离范围为0. lmm-lm;所述条 状电极的宽度与所述滑动体的尺寸接近。 优选的，所述滑动体通过与任意一个电极接触发生摩擦而带电；或者，所述滑动体 在与所述电极接触前即带有电荷。 优选的，所述滑动体采用驻极体材料。 优选的，所述滑本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于波动液体发电的纳米发电系统，其特征在于，包括多个发电单元，每个所述发电单元中包括密封外壳，密封外壳中封装有至少一个纳米发电机以及不少于纳米发电机个数的整流部件，每个纳米发电机连接一个整流部件；其中，多个所述发电单元互相连接形成网络，所述网络的形状能够随着液体的波动而变化，带动所述发电单元中的纳米发电机向所述整流部件输出电信号；所述发电单元中的全部所述整流部件的输出端并联后引出所述密封外壳作为所述发电单元的输出端。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王中林，牛思淼，
申请(专利权)人：国家纳米科学中心，
类型：新型
国别省市：北京;11