CN105226995A - 一种太阳能石墨烯电池 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能石墨烯电池，属于电池领域。本发明的一种太阳能石墨烯电池，包括置于外壳内部的太阳能接收装置和石墨烯电极；所述石墨烯电极的顶部与电池负极相连，所述石墨烯电极的底部与电池正极相连；所述外壳内部由电离液填充。本发明的一种太阳能石墨烯电池具有光能转换效率高，直接应用石墨烯作为发电和电池器件主要功能部件的特点。

Description

一种太阳能石墨烯电池

技术领域

本发明涉及一种电池，特别是一种太阳能石墨烯电池。

背景技术

随着传统燃煤发电对环境的污染，以及核电的安全问题等原因，近年来太阳能光伏行业作为一种新型绿色能源越来越受到人们的重视。然而与传统电池相比，太阳能发电电池成本比较高，导致其不能大规模应用。影响太阳能发电的因素一个是制作成本高，另一个因素是转换效率较低。

在目前已知的材料中，石墨烯薄膜材料具有最高的电子传到速度，大约为光速的1/300。目前，对于石墨烯材料在发电和储能领域的研究主要集中于利用石墨烯替代碳作为锂电池和超级电容器的电极材料。但是，还未有直接利用石墨烯作为发电和电池器件主要功能部件的研究。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种光能转换效率高，直接应用石墨烯作为发电和电池器件主要功能部件的太阳能石墨烯电池。

本发明采用的技术方案如下：

本发明的一种太阳能石墨烯电池，包括置于外壳内部的太阳能接收装置和石墨烯电极；所述石墨烯电极的顶部与电池负极相连，所述石墨烯电极的底部与电池正极相连；所述外壳内部由电离液填充。

由于采用了上述技术方案，当离子猛烈撞入石墨烯带时，碰撞会产生足够的能量，使不在原位的电子离开石墨烯，电子有两种选择：可以离开石墨烯带，和铜离子结合，也可以穿过石墨烯，进入电路，流动的电子在石墨烯中更快，超过它穿过溶液的速度，所以电子自然会选择路径，穿过石墨烯。采集太阳能，使用太阳能的热能为离子的运动提供能量，同时热能越高，电流的强度也会提高。采用离子运动的能量转化为电能输出，不同与普通的电化学电池，此过程中不涉及化学反应，也不涉及材料的结晶性能改变，减少了传统电池带来的安全隐患。

本发明的一种太阳能石墨烯电池，所述石墨烯电极包括石墨烯薄膜层，所述石墨烯薄膜层上依次覆盖有晶体硅片层，氮化硅薄膜层和石墨烯薄膜层。

本发明的一种太阳能石墨烯电池，所述石墨烯薄膜层的厚度为5~7nm，所述晶体硅片层的厚度为40~60nm，所述氮化硅薄膜的厚度为50~60nm。

本发明的一种太阳能石墨烯电池，所述太阳能接收装置内设有若干光线散射镜所述石墨烯电极与太阳能接收装置相交。

由于采用了上述技术方案，光线散射镜将采集到的光能散射到电池内部，而石墨烯电极与太阳能接收装置相交，则能更加充分的利用接收到的太阳热能。

本发明的一种太阳能石墨烯电池，所述太阳能接收装置内设有2个光线散射镜，所述光线散射镜呈四角锥形，所述2个光线散射镜的顶点共点，呈上下镜像对称布置，所述石墨烯电极水平置于两光线散射镜的顶点所在的平面上。

由于采用了上述技术方案，光线散射镜能够将采集到的大量的光能投射到石墨烯电极上，从而增加石墨烯周围的离子运动速度，从而提高了热能的利用率，提高了光电转化效率。

本发明的一种太阳能石墨烯电池，所述电离液包括51%的碳酸二甲酯，3%的1,2-二氯乙烷，26%的六氟磷酸锂和20%的四氟硼酸四乙基铵。

由于采用了上述技术方案，作为可电离的运动离子来源你的六氟磷酸锂和四氟硼酸四乙基铵在碳酸二甲酯中的离子运动速度较快，加入1,2-二氯乙烷能够提高离子运动速度，电离液自身也较普通电离液的离子运动速快。

本发明的一种太阳能石墨烯电池，所述太阳能接收装置的内壁上涂有储热涂层。

由于采用了上述技术方案，储热涂层能够将采集到过剩的热能储存起来，方便在没有太阳光能提供时使用。

本发明的一种太阳能石墨烯电池，所述储热涂层包括28%的硝酸锂，18%的硝酸钠，51%的硝酸钾和3%的硝酸铯。

由于采用了上述技术方案，热熔比较大，具有良好的储热性能。

本发明的一种太阳能石墨烯电池，所述外壳的内壁与石墨烯电极之间设有保温层，所述保温层的厚度为1.5~2.0cm。

由于采用了上述技术方案，保温层能够隔绝电池内部与外部的热交换，保证提供给离子运动的热能不会流失，提高电池的工作效率。

本发明的一种太阳能石墨烯电池，所述保温层包括聚醚多元醇为50~70份，阻燃聚酯多元醇15~25份，聚酯多元醇为15~30份，催化剂为3~12份，交联剂为15~25份，二异氰酸酯110~180份，环戊烷为11~13份，有机硅表面活性剂1~3份。

由于采用了上述技术方案，具有好的隔热性能。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、采用离子运动的能量转化为电能输出，不涉及化学反应，也不涉及材料的结晶性能改变，减少了传统电池带来的安全隐患。

2、利用太阳能的热能为离子的运动提供能量，充分利用太阳光的热能，增加石墨烯周围的离子运动速度，从而提高了热能的利用率，提高了光电转化效率。

3、将采集到过剩的热能储存起来，方便在没有太阳光能提供时使用，隔绝电池内部与外部的热交换，保证提供给离子运动的热能不会流失，提高电池的工作效率。

附图说明

图1是一种太阳能石墨烯电池示意图；

图2是一种太阳能石墨烯电池的结构示意图；

图3是太阳能接收装置结构示意图；

图4是石墨烯电极结构示意图

图中标记：1为外壳，2为保温层，3为太阳能接收装置，4为电池正极，5为电池负极，6为光线散射镜，7为石墨烯电极。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

如图1-4所示，一种太阳能石墨烯电池，包括置于外壳1内部的太阳能接收装置3和石墨烯电极7；石墨烯电极7的顶部与电池负极5相连，石墨烯电极7的底部与电池正极4相连，石墨烯电极7的顶部与电池负极5通过金属导电材料相连，石墨烯电极7的底部与电池正极4通过金属导电材料相连，电池正极4和电池负极5均为金属电极，由Ag制成；外壳1内部由电离液填充。石墨烯电极7包括石墨烯薄膜层，石墨烯薄膜层上依次覆盖有晶体硅片层，氮化硅薄膜层和石墨烯薄膜层。石墨烯薄膜层的厚度为5nm，晶体硅片层的厚度为40nm，氮化硅薄膜的厚度为50nm。太阳能接收装置3内设有若干光线散射镜6，石墨烯电极7与太阳能接收装置3相交。太阳能接收装置3内设有2个光线散射镜6，光线散射镜6呈四角锥形，2个光线散射镜6的顶点共点，呈上下镜像对称布置，石墨烯电极7水平置于两光线散射镜6的顶点所在的平面上。电离液包括51%的碳酸二甲酯，3%的1,2-二氯乙烷，26%的六氟磷酸锂和20%的四氟硼酸四乙基铵。太阳能接收装置3的内壁上涂有储热涂层。储热涂层包括28%的硝酸锂，18%的硝酸钠，51%的硝酸钾和3%的硝酸铯。外壳1的内壁与石墨烯电极7之间设有保温层2，保温层2紧贴外壳1的内壁包裹，保温层2的厚度为1.5cm。保温层2包括聚醚多元醇为50份，阻燃聚酯多元醇15份，聚酯多元醇为15份，催化剂为3份，交联剂为15份，二异氰酸酯110份，环戊烷为11份，有机硅表面活性剂1份。

实施例2

如图1-4所示，一种太阳能石墨烯电池，包括置于外壳1内部的太阳能接收装置3和石墨烯电极7；石墨烯电极7的顶部与电池负极5相连，石墨烯电极7的底部与电池正极4相连，石墨烯电极7的顶部与电池负极5通过金属导电材料与非金属导电材料制成的混合导电材料相连，石墨烯电极7的底部与电池正极4通过金属导电材料与非金属导电材料制成的混合导电材料相连，电池正极4和电池负极5均为非金属电极，由C制成；外壳1内部由电离液填充。石墨烯电极7包括石墨烯薄膜层，石墨烯薄膜层上依次覆盖有晶体硅片层，氮化硅薄膜层和石墨烯薄膜层。石墨烯薄膜层的厚度为6nm，晶体硅片层的厚度为50nm，氮化硅薄膜的厚度为55nm。太阳能接收装置3内设有若干光线散射镜6，石墨烯电极7与太阳能接收装置3相交。太阳能接收装置3内设有2个光线散射镜6，光线散射镜6呈四角锥形，2个光线散射镜6的顶点共点，呈上下镜像对称布置，石墨烯电极7水平置于两光线散射镜6的顶点所在的平面上。电离液包括51%的碳酸二甲酯，3%的1,2-二氯乙烷，26%的六氟磷酸锂和20%的四氟硼酸四乙基铵。太阳能接收装置3的内壁上涂有储热涂层。储热涂层包括28%的硝酸锂，18%的硝酸钠，51%的硝酸钾和3%的硝酸铯。外壳1的内壁与石墨烯电极7之间设有保温层2，保温层2紧贴外壳1的内壁包裹，保温层2的厚度为1.8cm。保温层2包括聚醚多元醇为60份，阻燃聚酯多元醇20份，聚酯多元醇为22份，催化剂为10份，交联剂为20份，二异氰酸酯160份，环戊烷为12份，有机硅表面活性剂2份。

实施例3

如图1-4所示，一种太阳能石墨烯电池，包括置于外壳1内部的太阳能接收装置3和石墨烯电极7；石墨烯电极7的顶部与电池负极5相连，石墨烯电极7的底部与电池正极4相连，石墨烯电极7的顶部与电池负极5通过非金属导电材料相连，石墨烯电极7的底部与电池正极4通过非金属导电材料相连，电池正极4和电池负极5均为金属电极，由Cu制成；外壳1内部由电离液填充。石墨烯电极7包括石墨烯薄膜层，石墨烯薄膜层上依次覆盖有晶体硅片层，氮化硅薄膜层和石墨烯薄膜层。石墨烯薄膜层的厚度为7nm，晶体硅片层的厚度为60nm，氮化硅薄膜的厚度为60nm。太阳能接收装置3内设有若干光线散射镜6，石墨烯电极7与太阳能接收装置3相交。太阳能接收装置3内设有2个光线散射镜6，光线散射镜6呈四角锥形，2个光线散射镜6的顶点共点，呈上下镜像对称布置，石墨烯电极7水平置于两光线散射镜6的顶点所在的平面上。电离液包括51%的碳酸二甲酯，3%的1,2-二氯乙烷，26%的六氟磷酸锂和20%的四氟硼酸四乙基铵。太阳能接收装置3的内壁上涂有储热涂层。储热涂层包括28%的硝酸锂，18%的硝酸钠，51%的硝酸钾和3%的硝酸铯。外壳1的内壁与石墨烯电极7之间设有保温层2，保温层2紧贴外壳1的内壁包裹，保温层2的厚度为2.0cm。保温层2包括聚醚多元醇为70份，阻燃聚酯多元醇25份，聚酯多元醇为30份，催化剂为12份，交联剂为25份，二异氰酸酯180份，环戊烷为13份，有机硅表面活性剂3份。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种太阳能石墨烯电池，其特征在于：包括置于外壳（1）内部的太阳能接收装置（3）和石墨烯电极（7）；所述石墨烯电极（7）的顶部与电池负极（5）相连，所述石墨烯电极（7）的底部与电池正极（4）相连；所述外壳（1）内部由电离液填充。

2.如权利要求1所述的一种太阳能石墨烯电池，其特征在于：所述石墨烯电极（7）包括石墨烯薄膜层，所述石墨烯薄膜层上依次覆盖有晶体硅片层，氮化硅薄膜层和石墨烯薄膜层。

3.如权利要求2所述的一种太阳能石墨烯电池，其特征在于：所述石墨烯薄膜层的厚度为5~7nm，所述晶体硅片层的厚度为40~60nm，所述氮化硅薄膜的厚度为50~60nm。

4.如权利要求1或2或3所述的一种太阳能石墨烯电池，其特征在于：所述太阳能接收装置（3）内设有若干光线散射镜（6）所述石墨烯电极（7）与太阳能接收装置（3）相交。

5.如权利要求4所述的一种太阳能石墨烯电池，其特征在于：所述太阳能接收装置（3）内设有2个光线散射镜（6），所述光线散射镜（6）呈四角锥形，所述2个光线散射镜（6）的顶点共点，呈上下镜像对称布置，所述石墨烯电极（7）水平置于两光线散射镜（6）的顶点所在的平面上。

6.如权利要求1或2或3或5所述的一种太阳能石墨烯电池，其特征在于：所述电离液包括51%的碳酸二甲酯，3%的1,2-二氯乙烷，26%的六氟磷酸锂和20%的四氟硼酸四乙基铵。

7.如权利要求1或2或3或5或6所述的一种太阳能石墨烯电池，其特征在于：所述太阳能接收装置（3）的内壁上涂有储热涂层。

8.如权利要求7所述的一种太阳能石墨烯电池，其特征在于：所述储热涂层包括28%的硝酸锂，18%的硝酸钠，51%的硝酸钾和3%的硝酸铯。

9.如权利要求1或2或3或5或6所述的一种太阳能石墨烯电池，其特征在于：所述外壳（1）的内壁与石墨烯电极（7）之间设有保温层（2），所述保温层（2）的厚度为1.5~2.0cm。

10.如权利要求9所述的一种太阳能石墨烯电池，其特征在于：所述保温层（2）包括聚醚多元醇为50~70份，阻燃聚酯多元醇15~25份，聚酯多元醇为15~30份，催化剂为3~12份，交联剂为15~25份，二异氰酸酯110~180份，环戊烷为11~13份，有机硅表面活性剂1~3份。