CN106982008A - 一种蒸发诱导流质发电装置 - Google Patents

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周军
薛国斌
李嘉
丁天朋
刘抗
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H02N11/002—Generators

Abstract

本发明公开了一种蒸发诱导流质发电装置，该装置包括发电组件和挥发性液体，其中发电组件包括多孔材料层、设置在该多孔材料层底面上互不相交的第一电极和第二电极，多孔材料层整体搭接在两个电极之间，并与两个电极形成导电通路；多孔材料层的一端始终浸入所述挥发性液体，另一端则暴露在所述挥发性液体表面之外的环境中；在多孔材料毛细力的作用下，挥发性液体沿着多孔材料层从浸入端向另外一端移动；利用液体在多孔材料层的微纳米孔隙中的动电效应，在第一电极与第二电极之间形成电势差。通过本发明，能够有效利用挥发性液体和多孔材料的相互作用将热能转换为电能，且获得持续稳定的电能输出，尤其适用于无光照和无需外界机械运动的特定应用场合。

Description

一种蒸发诱导流质发电装置
技术领域
本发明属于新能源发电设备领域，更具体地，涉及一种蒸发诱导流质发电装置。
背景技术
随着电子科技的迅速发展，各种可穿戴式设备及微纳系统传感器的应用越来越广泛，如何为这些电子设备和传感器供能是我们面临的一个巨大挑战。电子器件微纳系统的越来越微细化、分布不集中、需要长时间稳定工作的特点限制了电池的使用，而收集环境能量转化为电能来为这些器件供电的自驱动系统能较好的解决这些问题。现有的自驱动系统需要外部机械运动、光照或者固定温差热能，这些严苛的条件大大限制了自驱动设备及系统的应用。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种蒸发诱导流质发电装置，利用自然蒸发作用将环境中的热能转化为电能。
为实现本发明的上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种蒸发诱导流质发电装置，该发电装置包括发电组件和挥发性液体；
其中，发电组件包括多孔材料层和设置在多孔材料底面互不相交的第一电极和第二电极；多孔材料层内部具有微米量级或纳米量级的多孔孔隙；整个多孔材料层搭接在第一电极与第二电极之间，并与这两个电极形成导电通路；
多孔材料层的一端始终浸入所述挥发性液体，另一端则暴露在挥发性液体表面之外的环境中；以此方式，在使用时，在多孔材料毛细力的作用下，挥发性液体持续地沿着多孔材料层从浸入端向另外一端移动，利用液体在多孔材料层的微纳米孔隙中的动电效应，在第一电极与第二电极之间形成电势差；在液体的蒸发作用下，毛细力持续存在，从而产生持续不断的电能输出。
其中，多孔材料层内部的孔隙可通过颗粒堆积烧结、电化学腐蚀、刻蚀、纤维编织等方式形成。
优选的，多孔材料层可附着在基底材料上，也可以自支撑独立存在；基底材料可采用玻璃、石英以及以陶瓷为代表的电绝缘材料中的一种。
优选的，多孔材料层可选自碳材料、氧化物、有机聚合物中的一种或多种；其中，碳材料可采用碳纳米管、碳颗粒或石墨烯。
优选的，挥发性液体为纯水、无机溶液或有机溶剂。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
(1)本发明所提供的这种发电装置，利用毛细力和液体的蒸发共同作用，驱动溶液沿着多孔材料层从浸入端向另外一端移动，通过液体在多孔材料层微纳米孔隙中的动电效应，在第一电极与第二电极之间形成电势差，有效利用挥发性液体和多孔材料的相互作用将环境中的热能转换为电能，且获得持续稳定的电能输出，尤其适用于无光照和无需外界机械运动的特定应用场合；
(2)本发明所提供的这种发电装置，通过对多孔料层的结构、材料性质的控制，可获得稳定的较高电能的输出，足以驱动现有大多数地微电子器件，譬如LED、LCD；或为常见电化学耗能过程供能，譬如电镀、电解有机物；
(3)本发明所提供的这种发电装置，整体结构紧凑、可将普通流体机械设备中需要的压力提供组件和能量转换组件集成在微米级的薄膜上；而且整个制备过程也十分方便，成本低廉，并有利于大批量的加工制造，因而尤其适用于无光照和无需外界机械运动的特定应用场合。
附图说明
图1是实施例提供的蒸发诱导流质发电装置的结构示意图；
图2是实施例提供的蒸发诱导流质发电装置实际发电测试所获得的电压～时间信号曲线；
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-多孔材料层、2-电极、3-挥发性液体。
具体实施方式
为了使本发明的目的、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。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
图1是实施例提供的蒸发诱导流质发电装置的结构示意图，该发电装置包括发电组件和挥发性液体3；
其中，发电组件包括多孔材料层1和电极2，整个多孔材料层搭接在第一电极与第二电极之间，并与这两个电极形成导电通路。挥发性液体3采用具备挥发性的溶液，可挥发并且可与多孔材料亲润；实施例中，挥发性液体采用纯水、无机溶液或有机溶剂；这些液体经测试表明均能起到良好的发电效应。
将多孔材料层1一端始终浸入挥发性液体3，另一端则暴露在挥发性液体表面之外的环境中，由此形成一种可以自动从环境中获取能量的装置。在使用时，由于多孔材料毛细力的作用，挥发性液体不断沿着多孔材料层1从其浸入端向另外一端移动，利用液体在多孔材料层内的微纳米孔隙中的动电效应，在第一电极与第二电极之间形成电势差。
对实施例提供的蒸发诱导流质发电装置进行实际测试，测试获得的电压～时间信号曲线如图2中所示，即便在无光照和无任何外界机械驱动的情况下，按照实施例设计的长宽分别为4厘米和1厘米的蒸发诱导流质发电装置所输出的电压仍然可以在短时间内即达到1伏特，并能长时间保持，从而证明了按照本发明的实际价值和潜在的运用前景。
本领域的技术人员容易理解，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 (4)

1.一种蒸发诱导流质发电装置，该发电装置包括发电组件和挥发性液体，其特征在于，
所述发电组件包括多孔材料层和设置在所述多孔材料层底面互不相交的第一电极和第二电极；所述多孔材料层内部具有微米量级或纳米量级的多孔孔隙，整个多孔材料层搭接在所述第一电极与第二电极之间，并与这两个电极形成导电通路；
所述多孔材料层的一端始终浸入所述挥发性液体，另一端则暴露在所述挥发性液体表面之外的环境中；以此方式，在使用时，在多孔材料毛细力的作用下，挥发性液体沿着多孔材料层从浸入端向另外一端移动；利用液体在多孔材料层的微纳米孔隙中的动电效应，在第一电极与第二电极之间形成电势差；在挥发性液体的蒸发作用下，所述毛细力持续存在，从而产生持续不断的电能输出。
2.如权利要求1所述的发电装置，其特征在于，所述挥发性液体为纯水、无机溶液或有机溶剂。
3.如权利要求1或2所述的发电装置，其特征在于，所述多孔材料层可附着在基底材料上，也可以自支撑独立存在；所述基底材料采用玻璃、石英或陶瓷。
4.如权利要求1或2所述的发电装置，其特征在于，所述多孔材料层采用碳材料、氧化物、有机聚合物中的一种或多种。
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