【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及发电，具体涉及一种柔性湿气发电结构及其制备方法和应用。
技术介绍
1、水在具有官能团的固体表面上的流动需要双层电荷的运动，从而产生流动势和电流。从固体表面上移动的水滴或水波中收集的能量足以为发光二极管(led)和传感器供电。然而，基于水流的发电设备需要连续的液态水供应和较长的通道长度来增加其电力输出，这限制了便携式设备的进一步尺寸缩小和直接应用。
2、与水力发电相比，湿气-电能转换利用无处不在且通过始终存在的环境水分来发电。在各种固体材料中，碳纳米管具有较大的吸湿比表面积和丰富的能够产生质子的官能团，是很有前途的湿气发电材料。当碳纳米管暴露在潮湿的空气中时，吸附的水会水解含氧官能团，如羟基和羧基，产生质子。如果含氧官能团均匀分布在整个结构中，则湿气发电性能受水分流动方向的影响较大，一旦被吸附水饱和，就不会产生电。并且现有的湿气发电器件发电能力仍较低，通常电流小于100ua，电压低于0.5v,不具备较高的耐久性和实用性。
3、基于此，本专利技术提出一种柔性湿气发电结构及其制备方法和应用，以解决上述现有技术存在的性能缺陷及湿气发电器件在实际可穿戴应用上的缺陷。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提出一种柔性湿气发电结构及其制备方法和应用，为可穿戴设备提供一种高效、稳定且舒适的能源解决方案。
2、为实现上述目的，本专利技术提出一种柔性湿气发电结构，包括梯度不对称吸湿结构和位于梯度不对称吸湿结构两端的金属电极；所述梯度不对称吸湿结构包括
3、本专利技术针对上述一种柔性湿气发电结构提出其制备方法，包括如下步骤：
4、步骤1，制备碳涂层织物
5、步骤2，制备不对称吸湿结构；
6、步骤3，将不对称吸湿结构进行等离子体处理，获得梯度不对称吸湿结构。
7、步骤4，将梯度不对称吸湿结构采用刀涂法两端涂抹金属电极，凝胶端电极的材质为液态合金，干端的电极的材质为导电银墨水，获得柔性湿气发电结构。
8、进一步的，所述步骤1中制备碳涂层织物具体包括：将多壁碳纳米管和十二烷基苯磺酸钠混合并将混合物分散到去离子水中得到的碳墨水，将所获得的碳墨水浸涂于无纺布上形成表面碳层(赋予织物meg转换所需的导电性)，获得碳涂层织物。
9、进一步的，所述碳墨水的制备具体为：将多壁碳纳米管和十二烷基苯磺酸钠以1：1的重量比混合，通过超声将2g混合物分散到100ml去离子水中得到的碳墨水。
10、进一步的，所述步骤2中制备不对称吸湿结构具体包括：将聚乙烯醇粉末完全溶解在去离子水中形成透明的离子水凝胶溶液，将获得的离子水凝胶溶液滴涂碳涂层织物的一端，获得不对称吸湿结构。
11、进一步的，所述离子水凝胶溶液质量分数为5％。
12、进一步的，所述步骤3中将不对称吸湿结构进行等离子体处理具体包括：使用夹具将不对称吸湿结构干碳端夹在中间，对不对称吸湿结构干端进行遮挡，凝胶端不遮挡；其中，所述夹具为载玻片；将置入有不对称吸湿结构的夹具放置在等离子体处理腔室中，并抽真空；通入氧气作为等离子体原料气进行氧等离子体处理，经氧等离子体处理后含氧官能团数量产生梯度，使得不同加工区域的不对称吸湿结构的含氧官能团及悬空键的浓度不同且呈不对称分布。
13、进一步的，所述氧等离子体处理的腔室压强稳定保持在150pa，氧气流量设置为每分钟200标准立方厘米，氧等离子处理时间为240s，其处理的功率为60w。
14、进一步的，本专利技术提出一种梯度不对称吸湿结构电池系统，包括多个相接进行串并联组合的柔性meg电池，所述柔性meg电池采用上述柔性湿气发电结构。
15、进一步的，本专利技术提出一种柔性可穿戴智能自供电微系统，包括柔性湿气发电模块和可穿戴应用模块，所述柔性湿气发电模块中的柔性meg电池采用上述柔性湿气发电结构，通过对环境湿气的高效转换与利用为可穿戴设备持续提供电能。
16、相较于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：
17、本专利技术基于梯度进行氧等离子处理，将不对称吸湿结构中含氧基团浓度进行了梯度处理，增强不对称吸湿结构中流动电势的产生，改善了结构整体的吸水性及转换效率，使整个不对称吸湿结构能够稳定持续的泵浦水分子的流动，并在极短时间内以较高的效率快速产生电压，达到湿气发电的效果；
18、本专利技术通过金属电极的刀涂，制备出具有直接湿气发电特性的柔性自供电电池；液态合金在氢离子存在下容易使金属阳离子电离，加强了不对称结构的离子浓度梯度，有利于提高电输出；并且利用湿气发电时可以增强气蒸发及透水性，提高发电效率。
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1.一种柔性湿气发电结构，其特征在于，包括梯度不对称吸湿结构和位于梯度不对称吸湿结构两端的金属电极；所述梯度不对称吸湿结构包括碳涂层织物、和位于碳涂层织物一端的基于氧等离子体强化的梯度不对称吸湿结构凝胶端，所述碳涂层织物的另一端作为碳涂层织物干端；两端的所述金属电极分别为液态合金和导电银墨水，所述液态合金与梯度不对称吸湿结构凝胶端紧密贴合；所述导电银墨水与碳涂层织物干端紧密贴合；构成液态合金-氧等离子体强化凝胶端-碳涂层干端-银电极这一含氧官能团梯度不对称平面结构。
2.根据权利要求1所述的一种柔性湿气发电结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种柔性湿气发电结构制备方法，其特征在于，所述步骤1中制备碳涂层织物具体包括：将多壁碳纳米管和十二烷基苯磺酸钠混合并将混合物分散到去离子水中得到的碳墨水，将所获得的碳墨水浸涂于无纺布上形成表面碳层，获得碳涂层织物。
4.根据权利要求3所述的一种柔性湿气发电结构制备方法，其特征在于，所述碳墨水的制备具体为：将多壁碳纳米管和十二烷基苯磺酸钠以1：1的重量比混合，通过超声将2g混合
5.根据权利要求2所述的一种柔性湿气发电结构制备方法，其特征在于，所述步骤2中制备不对称吸湿结构具体包括：将聚乙烯醇粉末完全溶解在去离子水中形成透明的离子水凝胶溶液，将获得的离子水凝胶溶液滴涂碳涂层织物的一端，获得不对称吸湿结构。
6.根据权利要求5所述的一种柔性湿气发电结构制备方法，其特征在于，所述离子水凝胶溶液质量分数为5％。
7.根据权利要求2所述的一种柔性湿气发电结构制备方法，其特征在于，所述步骤3中将不对称吸湿结构进行等离子体处理具体包括：使用夹具将不对称吸湿结构干碳端夹在中间，对不对称吸湿结构干端进行遮挡，凝胶端不遮挡；将其放置在等离子体处理腔室中，并抽真空；通入氧气作为等离子体原料气进行氧等离子体处理，经氧等离子体处理后含氧官能团数量产生梯度。
8.根据权利要求5所述的一种柔性湿气发电结构制备方法，其特征在于，所述氧等离子体处理的腔室压强稳定保持在150Pa，氧气流量设置为每分钟200标准立方厘米，氧等离子处理时间为240s，其处理的功率为60W。
9.一种梯度不对称吸湿结构电池系统，其特征在于，包括多个相接进行串并联组合的柔性MEG电池，所述柔性MEG电池采用如权利要求1所述的一种柔性湿气发电结构。
10.一种柔性可穿戴智能自供电微系统，其特征在于，包括柔性湿气发电模块和可穿戴应用模块，所述柔性湿气发电模块中的柔性MEG电池采用如权利要求1所述的一种柔性湿气发电结构，通过对环境湿气的高效转换与利用为可穿戴设备持续提供电能。
...【技术特征摘要】
1.一种柔性湿气发电结构，其特征在于，包括梯度不对称吸湿结构和位于梯度不对称吸湿结构两端的金属电极；所述梯度不对称吸湿结构包括碳涂层织物、和位于碳涂层织物一端的基于氧等离子体强化的梯度不对称吸湿结构凝胶端，所述碳涂层织物的另一端作为碳涂层织物干端；两端的所述金属电极分别为液态合金和导电银墨水，所述液态合金与梯度不对称吸湿结构凝胶端紧密贴合；所述导电银墨水与碳涂层织物干端紧密贴合；构成液态合金-氧等离子体强化凝胶端-碳涂层干端-银电极这一含氧官能团梯度不对称平面结构。
2.根据权利要求1所述的一种柔性湿气发电结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种柔性湿气发电结构制备方法，其特征在于，所述步骤1中制备碳涂层织物具体包括：将多壁碳纳米管和十二烷基苯磺酸钠混合并将混合物分散到去离子水中得到的碳墨水，将所获得的碳墨水浸涂于无纺布上形成表面碳层，获得碳涂层织物。
4.根据权利要求3所述的一种柔性湿气发电结构制备方法，其特征在于，所述碳墨水的制备具体为：将多壁碳纳米管和十二烷基苯磺酸钠以1：1的重量比混合，通过超声将2g混合物分散到100ml去离子水中得到的碳墨水。
5.根据权利要求2所述的一种柔性湿气发电结构制备方法，其特征在于，所述步骤2中制备不对称吸湿结构具体包括：将聚乙烯醇粉末完全溶解在去离...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙浩，杨锦添，东辉，林佳雯，贾海超，刘灿锋，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：
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