CN106229517B - 一种多能发电电源 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多能发电电源，属于户外设备领域。本发明的一种多能发电电源，包括外壳，所述外壳内部设有发电单元，所述外壳外表面设有转动单元，所述转动单元与发电单元相连，所述发电单元与储电单元相连，所述外壳外表面设有太阳能电池板，所述太阳能电池板与储电单元相连。本发明的一种多能发电电源具有针对户外环境，体积小巧，携带方便，使用简单，充放电效率高，能够利用自然能源水能、风能进行发电，并将电能进行存储，能够在户外长时间为设备提供电能，从而满足户外设备对电能需要的特点。

Description

一种多能发电电源
技术领域
本发明涉及一种户外设备，特别是一种多能发电电源。
背景技术
现如今大量的设备需要电池驱动，尤其是在户外进行探险或考察时，需要的设备较多，但在户外没有电源时，设备自身的电池难以提供长时间的续航，以保证设备使用的需要，有些设备甚至没有电池，没有电源则无法进行驱动；而现有的移动电源大多容量较小，容量最大也无法满足大功率设备的运行，一块移动电源容量是固定的，使用完后也无法再次提供电能，需要通过连接交流电\直流电才能再次将电池充满。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种针对户外环境，体积小巧，携带方便，使用简单，充放电效率高，能够利用自然能源水能、风能进行发电，并将电能进行存储，能够在户外长时间为设备提供电能，从而满足户外设备对电能需要的多能发电电源。
本发明采用的技术方案如下：
一种多能发电电源，包括外壳，所述外壳内部设有发电单元，所述外壳外表面设有转动单元，所述转动单元与发电单元相连，所述发电单元与储电单元相连，所述外壳外表面设有太阳能电池板，所述太阳能电池板与储电单元相连。
由于采用了上述技术方案，利用自然界的自然能源，水能、风能带动转动单元转动，通过转动单元转动带动发电单元发电，从而产生电能，而太阳能可直接采集太阳能并转变为电能，为设备提供电能。
本发明的一种多能发电电源，所述外壳顶部与侧壁密闭无缝，所述外壳底部与底盖可拆卸连接，所述外壳底部与底盖连接处设有密封圈，所述太阳能电池板表面覆有防水层。
由于采用了上述技术方案，底盖与外壳底部连接密封，将便携电源放置在水下，在将水的动能转化为电能的过程中，能够保证外壳内部的结构不被水破坏，防水层能够保证太阳能电池板不被水破坏。
本发明的一种多能发电电源，所述发电单元包括与转动单元相连的永磁体，所述永磁体上部为N极/S极，所述永磁体下部为S极/N极；所述永磁体上方和下方设有线圈，所述线圈与储电单元相连，所述储电单元固定设于外壳内部。
由于采用了上述技术方案，通过转动单元转动，带动永磁体转动，线圈切割磁场产生电能，从而完成发电；发电单元与储点单元相连，能够将发电产生的电能存储起来，从而满足随时为设备提供电能的需求。
本发明的一种多能发电电源，所述储电单元与发电单元之间连有电流转向器，所述太阳能电池板与储电单元之间连有光伏控制器，所述储电单元包括由两电池并联形成的电池组，所述电池为固态锂电池。
由于采用了上述技术方案，电磁发电产生的电流为交流电，通过转向器将交流电转变为直流电，从而保证产生的电流恒定，对储电单元进行有效保护，保证储电单元能够稳定的进行工作，避免电能的流失。
本发明的一种多能发电电源，所述外壳底部设有功能单元，所述功能单元与储电单元相连；所述功能单元包括LED发光组件和USB接口。
由于采用了上述技术方案，户外设备的接头通常设计为USB接口，将设备的USB接口与功能单元的USB接口相连，储电单元通过功能单元为设备提供电能；同时，LED发光组件能够在户外满足照明的需求。
本发明的一种多能发电电源，所述底盖底部可拆卸连接有支杆，所述支杆包括可拆卸连接的上杆和下杆，所述转动单元包括转动头，所述转动头可拆卸连接有若干叶片，所述叶片与转动头卡接。
由于采用了上述技术方案，将支杆与底盖相连后，可将便携电源竖直固定在合适的环境中，通过风能带动转动单元转动，从而进行发电；叶片可拆卸连接，在无需发电功能时，可将叶片拆下，方便携带或使用，体积小巧，携带方便。
本发明的一种多能发电电源，所述防水层由质量份17份氧化锡锑，39份水性聚氨酯丙烯酸酯乳液，25份水化硅酸钙凝胶，8份甲基硅酸钠，12份Na2O和20份水玻璃组成。
由于采用了上述技术方案，该防水层具有良好的透光性，透光率达到84.7%，粘结性高、力学性能优异，在水下对变形缝、应力缝、收缩缝等因再次开裂而引起的裂缝防水缺陷，具有二次抗渗性。
本发明的一种多能发电电源，所述固态锂电池包括顺序连接的集流层一，阴极电极，固体电解质层，阳极电极和集流层二，所述阴极电极，固体电解质层和阳极电极通过气氛溅射相连，所述两电池通过集流层相连接。
由于采用了上述技术方案，固态锂电池具有质量轻，容量密度高，寿命长，且由于电解质为固态，在使用过程中具有抗震、耐冲撞，体积小等优点，能够较传统的锂电池能加适应户外便携的需求。通过集流层能够增大电极的比表面积，通过集流层能够保证活性物质与电极的充分接触，降低两者之间的接触电极，使得电极的活性物质利用率提高，减小电磁发电的电能损耗。
本发明的一种多能发电电源，所述集流层一和集流层二为镍-石墨烯纤维层，所述镍-石墨烯纤维层具有中空结构；所述阴极电极为LiPON，所述固体电解质层为Li6BaLa2Nb2O12-Li4Ce2La3V2O12，所述阳极电极为Li；所述固体电解质层具有 Li6BaLa2Nb2O12与Li4Ce2La3V2O12交联形成的空间网状结构，锂离子同时处在LiO4，LiO6，CeO4和CeO6间隙中，所述LiO4，CeO4的四面体和LiO6，CeO6的八面体交错形成间隙空位。
由于采用了上述技术方案，集流层具有三维孔状结构，其纤维层表面光滑，内部呈中空，柔韧性较好，孔壁厚0.4μm左右，密度为351.48g/m2，密度为0.42g/cm3，孔隙率为87%，电阻率为0.037μΩ·cm，常温下电子迁移率约为1840cm2/(V·S)。
阴极薄膜表面平整、致密，不会出现针孔或裂缝，保证了电池的循环性能，在电流不稳定的情况下依然能够保证电池容量，同时，该材料的阴极薄膜能够在反复充/放电的过程中，不和电解质反应出现微晶颗粒，电池内阻能够保持恒定，同时，由于阴极薄膜的平整光滑度，能够保证阴极薄膜和电解质之间的界面性能，从而减小了在随着放电电流增加引起的比容量下降，保证电池的使用寿命。
现有的锂无机固态电解质都存在一定的性能缺陷，如钙钛矿型锂陶瓷电解质中Ti+易还原引起电解质与负极之间短路，Li3N型里陶瓷电解质的室温分解电压太低，而石榴石型Li5La3M2O12作为新兴的锂无机固态电解质虽然客服了上述电解质的缺陷，具有较优越的性能，但是室温下其导电率较低，要在较高温度时才具有较好的导电率，且机械强度差，与电机活性物质接触时的截面阻抗较大，无法获得较好的应用，在工作温度变化较大的情况，对电池工作状态的影响较大，无法适应户外多变的环境。通过对Li5La3M2O12改性，并将交联形成Li6BaLa2Nb2O12-Li4Ce2La3V2O12，克服现有的锂无机固态电解质的缺陷，在温度变化较大范围内（3℃~65℃）具有良好的导电率，其导电率达到0.631eV,虽然较Li5La3M2O12的适宜工作温度（97.8±3℃）低，但更加能够适应户外环境，具有更好的应用价值，同时与正极材料具有良好的相容性。
本发明的一种多能发电电源，所述集流层一的厚度为1.3μm，所述阴极电极的厚度为230nm，所述固体电解质层的厚度为2.7mm，所述阳极电极的厚度为500nm，所述集流层二的厚度为1.3μm。
由于采用了上述技术方案，上述厚度为最价值，在保证电池性能的前提下，最大程度的降低电池整体厚度和重量，从而增加电源的便携性能。
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、针对户外环境，体积小巧，携带方便，使用简单，充放电效率高，能够利用自然能源水能、风能进行发电，并将电能进行存储，能够在户外长时间为设备提供电能，从而满足户外设备对电能需要。
2、保证了电池的循环性能，在电流不稳定的情况下依然能够保证电池容量，同时，该材料的阴极薄膜能够在反复充/放电的过程中，不和电解质反应出现微晶颗粒，电池内阻能够保持恒定。
3、克服现有的锂无机固态电解质的缺陷，在温度变化较大范围内（3℃~65℃）具有良好的导电率，其导电率达到0.631eV，但更加能够适应户外环境，具有更好的应用价值。
附图说明
图1是一种多能发电电源的结构示意图；
图2是外壳内部结构示意图。
图中标记：1为外壳，2为底盖，3为支杆，4为转动单元，5为叶片，6为线圈，7为电流转向器，8为储电单元，81为集流层一，82为阴极电极，83为固体电解质层，84为阳极电极，85为集流层二，9为功能单元。
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至图2所示，一种多能发电电源，包括外壳1，外壳1内部设有发电单元，外壳1外表面设有转动单元4，转动单元4与发电单元相连，发电单元与储电单元相连8，外壳1外表面设有太阳能电池板，太阳能电池板与储电单元8相连，外壳1顶部与侧壁密闭无缝，外壳1底部与底盖2可拆卸连接，外壳1底部与底盖2连接处设有密封圈，太阳能电池板表面覆有防水层。
发电单元包括与转动单元4相连的永磁体，永磁体上部为N极/S极，永磁体下部为S极/N极，其南北极分界线为水平方向；永磁体上方和下方设有线圈6，线圈6与储电单元8通过电流转向器7相连，太阳能电池板与储电单元8之间连有光伏控制器，储电单元8固定设于外壳1内部，储电单元8包括由两电池并联形成的电池组，电池为固态锂电池。外壳1底部设有功能单元9，功能单元9与储电单元8相连，通过储电单元8为功能单元9提供电能；功能单元9包括LED发光组件和USB接口。底盖2底部可拆卸连接有支杆3，支杆3包括可拆卸连接的上杆和下杆。转动单元4包括转动头，转动头可拆卸连接有若干叶片5，叶片5与转动头卡接。
固态锂电池包括顺序连接的集流层一81，阴极电极82，固体电解质层83，阳极电极84和集流层二85，阴极电极82，固体电解质层83和阳极电极84通过气氛溅射相连，两电池的集流层一与集流层一相连，集流层二与集流层二相连。集流层一81和集流层二85为镍-石墨烯纤维层，镍-石墨烯纤维层具有中空结构；阴极电极82为LiPON，固体电解质层83为Li6BaLa2Nb2O12-Li4Ce2La3V2O12，阳极电极85为Li；固体电解质层具有 Li6BaLa2Nb2O12与Li4Ce2La3V2O12交联形成的空间网状结构，锂离子同时处在LiO4，LiO6，CeO4和CeO6间隙中，LiO4，CeO4的四面体和LiO6，CeO6的八面体交错形成间隙空位。集流层一81的厚度为1.3μm，阴极电极82的厚度为230nm，固体电解质层83的厚度为2.7mm，阳极电极84的厚度为500nm，集流层二85的厚度为1.3μm。
防水层由质量份17份氧化锡锑，39份水性聚氨酯丙烯酸酯乳液，25份水化硅酸钙凝胶，8份甲基硅酸钠，12份Na2O和20份水玻璃组成。
实施例2
镍-石墨烯纤维层通过以下方法制备：
将２g 鳞片状石墨慢慢加入到50g质量分数为98%H2SO4和3g 质量分数为85%H3PO4的混合物中，控制体系温度为5℃，在搅拌下缓慢加入3gKMnO4 和3g K2Cr2O7混合物反应3h，然后再升温到30℃继续反应2h，再缓慢加入100g去离子水，升温至90℃反应1h，然后降温至30℃滴加20g双氧水，反应50min，超声波分散1h得到了氧化石墨烯纳米片层分散液。
取氧化石墨烯纳米片层分散液50g在反应器内加热到60℃，分次加入６g Ni2SO4·6H2O，保温反应50min，然后降温到室温，在搅拌下缓慢加入Na2CO3，调节溶液pH值为2.0，加入２g渗透剂和２g柠檬酸，超声波分散１h，于120℃下干燥，得到目标产物。
实施例3
Li6BaLa2Nb2O12-Li4Ce2La3V2O12通过以下方法制备：
按摩尔比1.5：1：0.2称取原料LiOH·H2O，La2O3和BaO，将La2O3在900℃烘干24h，用研钵将原料研磨30min，在150MPa的条件下将原料压制成型，按照5℃/min的升温速度升温至700℃，在700℃条件下预烧6h，随后冷却至室温，再研磨、压制成型，按照8℃/min的升温速度升温至900℃，烧结24h，随炉冷却后，再次研磨；按照摩尔比1：1称取研磨细物和Nb2O5，并将物料混合后在150MPa将原料压制成型，置于微波功率2400W条件下，微波加热50min制得Li6BaLa2Nb2O12。
相同的方法制备Li4Ce2La3V2O12，其原料的摩尔比为LiOH·H2O：Ce2O3，La2O3=1.5：0.8：0.4，研磨细物和V2O5为1：1。将Li6BaLa2Nb2O12和Li4Ce2La3V2O12置于玛瑙研钵中共同研磨至粉末状，在150MPa的条件下将原料压制成型，按照8℃/min的升温速度升温至900℃，烧结24h，再置于微波功率2400W条件下，微波加热2h。
实施例4
电池通过以下方法制备：
将固体电解质制作好后，经过丙酮、无水乙醇和去离子水超声波清洗15 min，烘干，将阴极电极所需靶材LiPON及衬底(固体电解质)放置在FJL56084型溅射设备上，衬底温度为室温，溅射室本底真空为10-5 Pa，衬底与靶材的距离为60 mm，溅射功率为200W，溅射气氛为氩气，溅射气压分别为30Pa，溅射完成后再分别在真空、空气和氩气气氛、400℃下经30min退火处理。同样的方法将阳极电极Li溅射于固体电解质另一面；镍-石墨烯纤维层在经过超声波分散１h后升温至90℃再进行溅射。
实施例5
水性聚氨酯丙烯酸酯乳液通过以下方法制备：
将 0.260 mol 异佛尔酮二异氰酸酯置于装有搅拌桨、温度计、冷凝管和恒压漏斗的四口烧瓶中，通入氮气10 min 后加入原料总质量0.1%的二月桂酸二丁基锡，并慢慢滴加0.080 mol 聚丙二醇，保持温度75℃反应，直至异氰酸根的摩尔量降至约0.360 mol 后加入0.020 mol 1,4−丁二醇和0.110 mol 二羟甲基丁酸，保温70℃反应，在反应过程中用适量的丙酮调节体系黏度(<10 000 mPa·s)，直至异氰酸根摩尔量降至0.100 mol之后，降温到60 ℃再加入0.100 mol 混有少量对羟基苯甲醚的季戊四醇三丙烯酸酯进行封端反应，将剩余的─NCO 反应完。当NCO值无法测出时，反应结束，取少量未成盐聚氨酯丙烯酸酯提纯后用于表征，其余冷却至40℃左右后加入0.011 mol 三乙胺中和并加入适量的水，真空抽出溶剂即得到产物。
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 (8)

1.一种多能发电电源，其特征在于：包括外壳（1），所述外壳（1）内部设有发电单元，所述外壳（1）外表面设有转动单元（4），所述转动单元（4）与发电单元相连，所述发电单元与储电单元（8）相连，所述外壳（1）外表面设有太阳能电池板，所述太阳能电池板与储电单元（8）相连；所述储电单元（8）包括由两电池并联形成的电池组，所述电池为固态锂电池；所述固态锂电池包括顺序连接的集流层一（81），阴极电极（82），固体电解质层（83），阳极电极（84）和集流层二（85），所述阴极电极（82），固体电解质层（83）和阳极电极（84）通过气氛溅射相连，所述两电池通过集流层相连接；所述集流层一（81）和集流层二（85）为镍-石墨烯纤维层，所述镍-石墨烯纤维层具有中空结构；所述阴极电极（82）为LiPON，所述固体电解质层（83）为Li6BaLa2Nb2O12-Li4Ce2La3V2O12，所述阳极电极（85）为Li；所述固体电解质层具有Li6BaLa2Nb2O12与Li4Ce2La3V2O12交联形成的空间网状结构，锂离子同时处在LiO4，LiO6，CeO4和CeO6间隙中，所述LiO4，CeO4的四面体和LiO6，CeO6的八面体交错形成间隙空位。
2.如权利要求1所述的一种多能发电电源，其特征在于：所述外壳（1）顶部与侧壁密闭无缝，所述外壳（1）底部与底盖（2）可拆卸连接，所述外壳（1）底部与底盖（2）连接处设有密封圈，所述太阳能电池板表面覆有防水层。
3.如权利要求2所述的一种多能发电电源，其特征在于：所述发电单元包括与转动单元（4）相连的永磁体，所述永磁体上部为N极/S极，所述永磁体下部为S极/N极；所述永磁体上方和下方设有线圈（6），所述线圈（6）与储电单元（8）相连，所述储电单元（8）固定设于外壳（1）内部。
4.如权利要求2或3所述的一种多能发电电源，其特征在于：所述储电单元（8）与发电单元之间连有电流转向器（7），所述太阳能电池板与储电单元(8)之间连有光伏控制器。
5.如权利要求4所述的一种多能发电电源，其特征在于：所述外壳（1）底部设有功能单元（9），所述功能单元（9）与储电单元（8）相连；所述功能单元（9）包括LED发光组件和USB接口，所述底盖（2）底部可拆卸连接有支杆（3），所述支杆（3）包括可拆卸连接的上杆和下杆。
6.如权利要求5所述的一种多能发电电源，其特征在于：所述防水层由质量份17份氧化锡锑，39份水性聚氨酯丙烯酸酯乳液，25份水化硅酸钙凝胶，8份甲基硅酸钠，12份Na2O和20份水玻璃组成。
7.如权利要求6所述的一种多能发电电源，其特征在于：所述转动单元（4）包括转动头，所述转动头可拆卸连接有若干叶片（5），所述叶片（5）与转动头卡接。
8.如权利要求7所述的一种多能发电电源，其特征在于：所述集流层一（81）的厚度为1.3μm，所述阴极电极（82）的厚度为230nm，所述固体电解质层（83）的厚度为2.7mm，所述阳极电极（84）的厚度为500nm，所述集流层二（85）的厚度为1.3μm。
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