发电元件和发电器制造技术

本发明专利技术提供发电元件和发电器。所述发电元件包括第一电极；中间层；和第二电极，所述第一电极、所述中间层和所述第二电极以此顺序布置，所述中间层与所述第一电极和所述第二电极的至少一个接触，其中当在所述中间层未与所述第一电极和所述第二电极的至少一个固定的状态下，相对于所述第一电极的表面和所述第二电极的表面在垂直方向上挤压所述中间层时，所述中间层相对于所述第一电极的表面和所述第二电极的表面在水平方向上微观地移动。

【技术实现步骤摘要】

本公开涉及发电元件(electric generating element)和发电器(electric generator)。
技术介绍
对于有效地利用由结构体如道路、桥梁和建筑的振动，移动体如汽车和列车车厢的振动，以及因人类活动引起的振动产生的能量，常规上已经存在多种尝试。关于有效地利用由振动产生的能量的方法，存在其中将振动能转换为电能的方法。这样的方法的实例包括利用压电元件的系统和利用静电感应的系统。利用压电元件的系统主要使用基于陶瓷的压电元件，并且利用如下的现象：当由于振动而将扭曲施加于压电元件时在压电元件的表面处电荷被感应(诱导)(参见，例如，日本未审查专利申请公开No.2010-104105)。利用静电感应的系统典型地使用半永久地保留电荷的驻极体电介质(参见，例如，日本专利No.5480414、日本未审查专利申请公开No.2014-027756、和日本专利No.5126038)。用于前述文献中的驻极体电介质是能够使电介质带电(充电)以半永久地产生静电场的材料。通过因振动而改变在驻极体电介质和远离驻极体电介质布置的电极之间的相对位置，经由静电感应将电荷感应至电极。结果，产生电。而且，已知通过使用无定形的氟树脂作为驻极体材料并将氟树脂成型为带状驻极体电极，可获得极高的电势(参见，例如，OMRON公司，Development of small“Energy harvesting oscillation device”that generates power with minute vibrations，[在线]，设于2008年11月11日，互联网<URL:http://www.omron.co.jp/press/2008/11/c1111.html>)。此外，提出发电器，其包含第一电极、第二电极、第一电介质层和第二电介质层，并且利用摩擦起电而产生电(参见，例如，美国专利申请公开No.US 2014/0246950)。
技术实现思路
因为日本未审查专利申请公开No.2010-104105中公开的利用压电元件的系统主要使用基于陶瓷的压电元件，故存在该元件不具有挠性且该元件容易损坏(破裂)的问题。另外，在如日本专利No.5480414、日本未审查专利申请公开No.2014-027756、和日本专利No.5126038公开的利用静电感应的系统中，在产生所使用的驻极体衍生物时，需要对电介质进行充电处理。充电处理的实例包括电晕放电和等离子体处理。然而，这些处理具有需要大量的电的问题。而且，元件的挠性是不足的。此外，典型地布置机械能力不同的系统，难以实现挠性元件。而且，在其中使用OMRON公司，Development of small “Energy harvesting oscillation device”that generates power with minute vibrations，[在线]，设于2008年11月11日，互联网<URL:http://www.omron.co.jp/press/2008/11/c1111.html>中公开的无定形氟树脂的情况下，存在如下的问题：当施加高电压引起放电时，发电元件趋于损坏。在美国专利申请公开No.US 2014/0246950中公开的利用摩擦起电的系统的发电器在外部施加载荷时大大变形。因此，存在发电效率劣化的问题。因此，本专利技术旨在提供发电元件，其具有高的发电性能且当施加外部载荷时不损坏。作为用于解决前述问题的手段，本专利技术的发电元件包括第一电极、中间层、和第二电极，所述第一电极、所述中间层和所述第二电极以此顺序布置。所述中间层与所述第一电极和所述第二电极的至少一个接触。当在所述中间层未与所述第一电极和所述第二电极的至少一个固定的状态下，相对于所述第一电极的表面和所述第二电极的表面在垂直方向上挤压所述中间层时，所述中间层相对于所述第一电极的表面和所述第二电极的表面在水平方向上微观地(细微地，microscopically)移动。而且，在所述第一电极和所述第二电极的至少一个的表面处形成凸出结构体，所述表面与所述中间层接触。当相对于所述第一电极和所述第二电极的表面在垂直方向上将压力施加通过凸出结构体和挠性中间层时，电极表面和中间层之间的接触面积增加以促进中间层在微观尺度上沿着电极表面的水平移动。本专利技术可提供发电元件，其具有高的发电性能并且当施加外部载荷时不损坏。附图说明图1是说明本专利技术的发电元件的一个实例的示意性横截面图；图2是说明本专利技术的发电元件的另一实例的示意性横截面图；图3是说明其中用挤压构件挤压图2的发电元件的状态的示意性横截面图；图4是说明本专利技术的发电元件的另一实例的示意性横截面图；图5是说明本专利技术的发电元件的另一实例的示意性横截面图；图6是说明其中在垂直方向上挤压图5的挤压构件的状态的示意性横截面图；图7是用来测量移动对发电的影响的本专利技术的发电器的示意性横截面图；图8是说明其中待测量的图7的发电器的上部电极移动至左侧的情况的示意性横截面图；图9是说明其中待测量的图7的发电器的上部电极移动至右侧的情况的示意性横截面图；图10是说明本专利技术的发电器的另一实例的示意性横截面图；图11是描绘具有图7的结构的发电器的发电效率的测量结果的图；和图12是说明在对比例1中制造的发电元件的示意性横截面图。具体实施方式(发电元件)本专利技术的发电元件包括第一电极、中间层和第二电极，所述第一电极、所述中间层和所述第二电极以此顺序布置。所述发电元件可进一步地包括其它构件，如必要的话。本专利技术的发电元件初始不具有任何电荷或内部电荷。当将垂直载荷外部地施加于中间层时，在横向方向上产生应力，并且通过摩擦起电产生电荷，由此产生电。然而，在中间层和电极之间的界面处的摩擦典型地为大的，且除非施加大的力否则不会引起滑动。当对着柔软的中间层挤压具有不规则体
的电极、特别地凸状电极或者挤压构件时，中间层的橡胶的表面积由于橡胶的可拉伸性而可逆地增加或减少。结果，中间层相对于第一电极和第二电极的表面在水平方向上微观地移动，由此获得较高的发电效率。注意，短语“在水平方向上…移动”指以用肉眼不可识别的程度在水平方向上微小地移动。<第一电极和第二电极>取决于预定目的适当地选择第一电极和第二电极各自的材料、形状、尺寸和结构而无任何限制。第一电极的材料、形状、尺寸和结构可与第二电极的材料、形状、尺寸和结构相同或不同，但优选地第一电极的材料、形状、尺寸和结构与第二电极的材料、形状、尺寸和结构相同。此外，优选布置移动促进构件。第一电极和第二电极的材料的实例包括金属、基于碳的导电材料和导电橡胶组合物。金属的实例包括金、银、铜、铁、铝、不锈钢、钽、镍和磷青铜。基于碳的导电材料的实例包括石墨、碳纤维和碳纳米管。导电橡胶组合物的实例包括含有导电填料和橡胶的组合物。导电填料的实例包括碳材料(例如，科琴黑(Ketjenblack)、乙炔炭黑、石墨、碳纤维、碳纤维(CF)、碳纳米纤维(CNF)、和碳纳米管(CNTs))、金属填料(例如，金、银、铂、铜、铁、铝和镍)、导电聚合物材料(例如，聚噻吩、聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚(对亚苯基)和聚(对亚苯基本文档来自技高网...

【技术保护点】
发电元件，包括：第一电极；中间层；和第二电极，所述第一电极、所述中间层和所述第二电极以此顺序布置，所述中间层与所述第一电极和所述第二电极的至少一个接触，其中当在所述中间层未与所述第一电极和所述第二电极的至少一个固定的状态下，相对于所述第一电极的表面和所述第二电极的表面在垂直方向上挤压所述中间层时，所述中间层相对于所述第一电极的表面和所述第二电极的表面在水平方向上微观地移动。

【技术特征摘要】
2015.03.18 JP 2015-0547801.发电元件，包括：第一电极；中间层；和第二电极，所述第一电极、所述中间层和所述第二电极以此顺序布置，所述中间层与所述第一电极和所述第二电极的至少一个接触，其中当在所述中间层未与所述第一电极和所述第二电极的至少一个固定的状态下，相对于所述第一电极的表面和所述第二电极的表面在垂直方向上挤压所述中间层时，所述中间层相对于所述第一电极的表面和所述第二电极的表面在水平方向上微观地移动。2.根据权利要求1的发电元件，其中通过A型硬度计测量的所述中间层的硬度小于60°。3.根据权利要求1的发电元件，其中所述中间层含有包括硅橡胶的...

【专利技术属性】
技术研发人员：菅原智明，名取润一郎，近藤玄章，有住夕子，小田切瑞树，今井崇寻，
申请(专利权)人：株式会社理光，
类型：发明
国别省市：日本;JP