CN108039836A - 一种利用双电层进行废振动能俘获的装置及方法 - Google Patents
一种利用双电层进行废振动能俘获的装置及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108039836A CN108039836A CN201711264153.7A CN201711264153A CN108039836A CN 108039836 A CN108039836 A CN 108039836A CN 201711264153 A CN201711264153 A CN 201711264153A CN 108039836 A CN108039836 A CN 108039836A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- double layer
- useless
- electric double
- electrode
- vibrational energy
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N11/00—Generators or motors not provided for elsewhere; Alleged perpetua mobilia obtained by electric or magnetic means
- H02N11/002—Generators
Landscapes
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
一种利用双电层进行废振动能转换成电能的装置及方法，该装置包括高强度绝缘外壳、可拆卸式活塞、附着有纳米多孔石墨烯的泡沫镍电极以及填充在其间的离子溶液；本发明利用双电层将废振动能转换成电能，从而实现废振动能的回收和再利用；本发明装置可用于能量回收也可用于监测振动频率的传感器；同时该装置所使用的材料成本低廉，结构简单，便于大规模生产和应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种能量回收技术，具体涉及一种利用双电层进行废振动能转换成电能的装置。
背景技术
目前传统能源正在不断被消耗，有些能源正在或即将面临枯竭的问题，并且由于使用传统能量的导致的环境污染问题也不断加剧，治理这些污染也同时成为了一大难题。然而，在现实生活中，很多机械都会在使用过程中存在振动，不仅使得仪器的使用寿命降低，也将振动能流失到周围环境中，如果将这些能量收集到一起，得到的将是可观的一大能量来源。由于本发明将浪费掉的振动能转换为电能，是一种新型的、清洁的并可再生的电能产生方式，可在一定程度上替代传统能源。
那么，除了节约使用以外，利用双电层将这些将被浪费掉的机械能转换为电能并加以储存，就可以有效地提高能量利用效率，替代传统能源。石墨烯作为近年来新兴的热门纳米材料，它最大的特点就是具备巨大的比表面积。其他装置结构上的废振动能使离子溶液产生流动，使离子溶液从附着有纳米多孔石墨烯的泡沫镍电极间隙穿过，根据双电层理论在两个电极之间存在有一个电势差，如果再利用电能储存装置加以收集存储，就能实现能量回收和再利用，或根据不同的电势差来判断振动频率，作为检测振动信号的传感器。这是一种新的能量转换技术，将会对浪费掉的机械能的回收并再次利用，相信在未来将有很好的应用前景。
发明内容
针对背景技术中提到的能量回收，本发明的目的在于提供一种利用双电层进行废振动能俘获的装置，将废动能俘获并转化为电能，从而有效地回收废振动能。
为了达到以上目的，本发明采用如下技术方案：
一种利用双电层进行废振动能俘获的装置，包括最外层的高强度绝缘外壳1，装配于绝缘高强度外壳1内的附着有纳米多孔石墨烯的泡沫镍电极3，与附着有纳米多孔石墨烯的泡沫镍电极3紧密接触的集流体4，位于附着有纳米多孔石墨烯的泡沫镍电极3下方的对电极5，充斥于附着有纳米多孔石墨烯的泡沫镍电极3与对电极5之间的离子溶液7，还包括用于堵塞防止离子溶液7流出、位于对电极5下方的可拆卸式活塞6；使用时，高强度绝缘外壳1固定于某一静止物体上，可拆卸式活塞6固定于振动物体上，或高强度绝缘外壳1固定于某一振动物体上，可拆卸式活塞6固定于静止物体上，可拆卸式活塞6运动过程中离子溶液7始终浸没附着有纳米多孔石墨烯的泡沫镍电极3和对电极5。
所述高强度绝缘外壳1的材料为天然塑料或合成塑料。
所述附着有纳米多孔石墨烯的圆柱形泡沫镍电极3采用比表面积大的石墨烯附着于泡沫镍上的纳米多孔材料。
所述附着有纳米多孔石墨烯的泡沫镍电极3的形状为圆柱形。
所述集流体4的形状为环形，材料为石墨纸，不锈钢、铝片或铜片。
所述对电极5的形状为环绕于高强度绝缘外壳1内部的环形，材料为石墨纸，不锈钢、铂片、铝片或铜片。
所述离子溶液7采用CaCl2、NaCl或KCl粒径小的离子溶液。
所述高强度绝缘外壳1顶部开设有更换或加注离子溶液7的小孔2，其数量为六个，环形对称的开设在高强度绝缘外壳1顶部。
将高强度绝缘外壳1固定于某一静止物体上，可拆卸式活塞6固定于振动物体上(或外壳1为固定于某一振动物体上，可拆卸式活塞6固定于静止物体上，两者可交换)，当外界物体发生振动并带动可拆卸式活塞6运动，由于可拆卸式活塞6迫使离子溶液7产生往复运动，从而导致离子溶液7来回地通过附着有纳米多孔石墨烯的泡沫镍电极3；根据双电层理论，附着有纳米多孔石墨烯的泡沫镍电极3与离子溶液7固液两相接触会形成双电层，并由于离子溶液7的流动会使得双电层内部离子发生移动，导致双电层的稳态被打破，从而产生电势差，测量集流体4和对电极5的电势差就得到输出的电压值；当外界物体持续反复振动并带动可拆卸式活塞6反复运动时，能够将机械能转换成电能，并向外界输送电能。
和现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)该装置能够实现机械能转换为电能，回收其他装置的废振动能，并转换成电能可再次利用。
(2)该装置不涉及化学变化，清洁无污染，对环境十分友好。
(3)该装置既可以用于废振动能的俘获与转换，也可以用于监测振动信号，如振动频率。
(4)该装置利用双电层原理进行能量转换，是一种新的能源转换和回收技术。
(5)该装置可根据需求调整规格大小，适用于缓慢的冲击或往复力，故该装置适用于耗电量较小的设备充电。
(6)该装置所使用的材料成本低廉，且质量相对较轻，便于大规模生产和应用。
附图说明
图1是本发明装置的总体结构的示意图。
图2是本发明装置的内部构造剖面图示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明做进一步详细说明。
下面首先对本发明的原理和工作过程做如下说明：
任何不同两相接触都会在两相间产生电势，这是因电荷分离引起的。两相各有过剩的电荷，电量相等，正负号相反，相互吸引，形成双电层。纳米多孔材料一般具有相对密度低、比强度高、比表面积高、渗透性好等优点，纳米多孔石墨烯材料由于其比表面积大和优良的导电性被广泛用作电极。石墨烯是一种纳米级的多孔性物质，它具有高度发达的孔隙构造，比表面积大，和石墨一样有优良的导电性。附着有石墨烯的泡沫镍在双电层方面有着优良的特性：比表面积大并且导电，因此十分适合作为本装置的电极。
在本装置中注入KCl离子溶液，在活塞运动过程中KCl离子溶液需要始终能没过附着有石墨烯的泡沫镍。当KCl离子溶液注入本装置并静止后，附着有石墨烯的泡沫镍材料间隙充满KCl离子溶液，固液两相接触从而形成稳态的双电层。当外界给本发明装置中的活塞施加振动时，活塞带动KCl离子溶液产生往复运动，从而导致KCl离子溶液来回地流过附着有石墨烯的泡沫镍电极，双电层上的离子随着离子溶液的运动而发生运动，使得之前达到稳态的双电层破坏，从而对电极和集流体输出电势差，同时通过集流体和对电极测量电势差并用导线向外导出，就能在装置外检测到有电压的变化。在一定范围内，不同的振动频率输出不同的电压值，且振动频率越高，电压值越大。该装置可将外界的废振动能进行俘获回收，既可用于能源设备，也可用于检测振动信号的传感器。
如图1和图2所示，本发明一种利用双电层进行废振动能俘获的装置，包括最外层的高强度绝缘外壳1，装配于绝缘高强度外壳1内的附着有纳米多孔石墨烯的泡沫镍电极3，与附着有纳米多孔石墨烯的泡沫镍电极3紧密接触的集流体4，位于附着有纳米多孔石墨烯的泡沫镍电极3下方的对电极5，充斥于附着有纳米多孔石墨烯的泡沫镍电极3与对电极5之间的离子溶液7，还包括用于堵塞防止离子溶液7流出、位于对电极5下方的可拆卸式活塞6；使用时，高强度绝缘外壳1固定于某一静止物体上，可拆卸式活塞6固定于振动物体上，或高强度绝缘外壳1固定于某一振动物体上，可拆卸式活塞6固定于静止物体上，可拆卸式活塞6运动过程中离子溶液7始终浸没附着有纳米多孔石墨烯的泡沫镍电极3和对电极5。
作为本发明的优选实施方式，所述高强度绝缘外壳1的材料为天然塑料或合成塑料。
作为本发明的优选实施方式，所述附着有纳米多孔石墨烯的圆柱形泡沫镍电极3采用比表面积大的石墨烯附着于泡沫镍上的纳米多孔材料。
作为本发明的优选实施方式，所述附着有纳米多孔石墨烯的泡沫镍电极3的形状为圆柱形。
作为本发明的优选实施方式，所述集流体4的形状为环形，材料为石墨纸，不锈钢、铝片或铜片。
作为本发明的优选实施方式，所述对电极5的形状为环绕于高强度绝缘外壳1内部的环形，材料为石墨纸，不锈钢、铂片、铝片或铜片。
作为本发明的优选实施方式，所述离子溶液7采用CaCl2、NaCl或KCl粒径小的离子溶液。
作为本发明的优选实施方式，所述高强度绝缘外壳1顶部开设有更换或加注离子溶液7的小孔2，其数量为六个，环形对称的开设在高强度绝缘外壳1顶部。
Claims (9)
1.一种利用双电层进行废振动能俘获的装置，其特征在于：包括最外层的高强度绝缘外壳(1)，横向装配于绝缘高强度外壳(1)内的附着有纳米多孔石墨烯的泡沫镍电极(3)，与附着有纳米多孔石墨烯的泡沫镍电极(3)紧密接触的集流体(4)，集流体(4)与外界通过导线相连，位于附着有纳米多孔石墨烯的泡沫镍电极(3)下方的对电极(5)，对电极(5)通过导线与外界相连，离子溶液(7)充斥于附着有纳米多孔石墨烯的泡沫镍电极(3)与对电极(5)之间，还包括用于堵塞防止离子溶液(7)流出、位于对电极(5)下方的可拆卸式活塞(6)；使用时，高强度绝缘外壳(1)固定于某一静止物体上，可拆卸式活塞(6)固定于振动物体上，或高强度绝缘外壳(1)固定于某一振动物体上，可拆卸式活塞(6)固定于静止物体上，可拆卸式活塞(6)运动过程中离子溶液(7)始终浸没附着有纳米多孔石墨烯的泡沫镍电极(3)和对电极(5)。
2.根据权利要求1所述的一种利用双电层进行废振动能俘获的装置，其特征在于：所述高强度绝缘外壳(1)的材料为天然塑料或合成塑料。
3.根据权利要求书1所述的一种利用双电层进行废振动能俘获的装置，其特征在于：所述附着有纳米多孔石墨烯的泡沫镍电极(3)采用大比表面积的石墨烯附着于泡沫镍上的纳米多孔材料。
4.根据权利要求书1所述的一种利用双电层进行废振动能俘获的装置，其特征在于：所述附着有纳米多孔石墨烯的泡沫镍电极(3)的形状为圆柱形。
5.根据权利要求书1所述的一种利用双电层进行废振动能俘获的装置，其特征在于：所述集流体(4)的形状为环形，材料可石墨纸，不锈钢、铝片或铜片。
6.根据权利要求书1所述的一种利用双电层进行废振动能俘获的装置，其特征在于：所述对电极(5)的形状为环绕于高强度绝缘外壳(1)内部的环形，材料为石墨纸，不锈钢、铂片、铝片或铜片。
7.根据权利要求书1所述的一种利用双电层进行废振动能俘获的装置，其特征在于：所述离子溶液(7)采用CaCl2、NaCl或KCl粒径小的离子溶液。
8.根据权利要求书1所述的一种利用双电层进行废振动能俘获的装置，其特征在于：所述高强度绝缘外壳(1)顶部开设有更换或加注离子溶液(7)的小孔(2)，其数量为六个，环形对称的开设在高强度绝缘外壳(1)顶部。
9.权利要求1至8任一项所述的利用双电层进行废振动能俘获的装置的废振动能俘获方法，其特征在于：当外界物体发生振动并带动可拆卸式活塞(6)运动，由于可拆卸式活塞(6)迫使离子溶液(7)产生往复运动，从而导致离子溶液(7)来回地通过附着有纳米多孔石墨烯的泡沫镍电极(3)；根据双电层理论，附着有纳米多孔石墨烯的泡沫镍电极(3)与离子溶液(7)固液两相接触会形成双电层，并由于离子溶液(7)的流动会使得双电层内部离子发生移动，导致双电层的稳态被打破，从而产生电势差，测量集流体(4)和对电极(5)的电势差就得到输出的电压值；当外界物体持续反复振动并带动可拆卸式活塞(6)反复运动时，能够将机械能转换成电能，并向外界输送电能。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711264153.7A CN108039836A (zh) | 2017-12-05 | 2017-12-05 | 一种利用双电层进行废振动能俘获的装置及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711264153.7A CN108039836A (zh) | 2017-12-05 | 2017-12-05 | 一种利用双电层进行废振动能俘获的装置及方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108039836A true CN108039836A (zh) | 2018-05-15 |
Family
ID=62095251
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201711264153.7A Pending CN108039836A (zh) | 2017-12-05 | 2017-12-05 | 一种利用双电层进行废振动能俘获的装置及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108039836A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109458314A (zh) * | 2018-10-25 | 2019-03-12 | 西北工业大学 | 利用微液滴实现电能收集的方法及装置 |
| CN111987934A (zh) * | 2020-08-14 | 2020-11-24 | 河海大学 | 一种悬臂梁振动发电装置 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4019073A (en) * | 1975-08-12 | 1977-04-19 | Vladimir Sergeevich Vishnevsky | Piezoelectric motor structures |
| KR20080029636A (ko) * | 2006-09-29 | 2008-04-03 | 주식회사 하이닉스반도체 | 원자층증착법에 의한 이중 유전막을 구비하는 캐패시터제조 방법 |
| JP2011250343A (ja) * | 2010-05-31 | 2011-12-08 | Nec Corp | 高分子アクチュエータおよび電気音響変換器および電子機器 |
| CN103346146A (zh) * | 2013-07-22 | 2013-10-09 | 武汉大学 | 基于碳纳米材料摩擦效应的纳米电源、制备方法及使用 |
| CN205901629U (zh) * | 2016-07-05 | 2017-01-18 | 董润华 | 一种利用双电层将机械能转换成电能储存的装置 |
-
2017
- 2017-12-05 CN CN201711264153.7A patent/CN108039836A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4019073A (en) * | 1975-08-12 | 1977-04-19 | Vladimir Sergeevich Vishnevsky | Piezoelectric motor structures |
| KR20080029636A (ko) * | 2006-09-29 | 2008-04-03 | 주식회사 하이닉스반도체 | 원자층증착법에 의한 이중 유전막을 구비하는 캐패시터제조 방법 |
| JP2011250343A (ja) * | 2010-05-31 | 2011-12-08 | Nec Corp | 高分子アクチュエータおよび電気音響変換器および電子機器 |
| CN103346146A (zh) * | 2013-07-22 | 2013-10-09 | 武汉大学 | 基于碳纳米材料摩擦效应的纳米电源、制备方法及使用 |
| CN205901629U (zh) * | 2016-07-05 | 2017-01-18 | 董润华 | 一种利用双电层将机械能转换成电能储存的装置 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109458314A (zh) * | 2018-10-25 | 2019-03-12 | 西北工业大学 | 利用微液滴实现电能收集的方法及装置 |
| CN109458314B (zh) * | 2018-10-25 | 2020-02-18 | 西北工业大学 | 利用微液滴实现电能收集的方法及装置 |
| CN111987934A (zh) * | 2020-08-14 | 2020-11-24 | 河海大学 | 一种悬臂梁振动发电装置 |
| CN111987934B (zh) * | 2020-08-14 | 2024-04-02 | 河海大学 | 一种悬臂梁振动发电装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102594203B (zh) | 纵振横摆式低频大振幅压电悬臂梁发电装置 | |
| CN106602924A (zh) | 一种收集振动能量的摩擦纳米发电机和振动传感器 | |
| CN110460262B (zh) | 一种球形驻极体波浪能发电装置 | |
| CN108039836A (zh) | 一种利用双电层进行废振动能俘获的装置及方法 | |
| CN106921310B (zh) | 一种电场能量收集装置 | |
| Chung et al. | Water behavior based electric generation via charge separation | |
| CN106655878B (zh) | 一种发电机 | |
| CN104052327A (zh) | 基于电鳗仿生波浪能采集的摩擦纳米发电机及其制作方法 | |
| CN112072946A (zh) | 一种液滴发电装置及其使用方法 | |
| CN106899234A (zh) | 一种压电式多向振动能量收集装置 | |
| CN204258662U (zh) | 打桩机式压电发电装置 | |
| CN106531470B (zh) | 一种柔性自支撑碳纸超级电容器电极材料的制备方法与应用 | |
| CN204131203U (zh) | 一种无线传感器网络节点的自供电装置 | |
| CN202524321U (zh) | 纵振横摆式低频大振幅压电悬臂梁发电装置 | |
| CN108512456B (zh) | 一种摩擦式静电发电单元及其在海洋能采集中的应用 | |
| CN109039144A (zh) | 一种基于3d打印技术的柔性摩擦发电装置 | |
| CN205901629U (zh) | 一种利用双电层将机械能转换成电能储存的装置 | |
| Yu et al. | Vibration-coupled TENGs from weak to ultra-strong induced by vortex for harvesting low-grade airflow energy | |
| Xue et al. | Coil-levitated hybrid generator for mechanical energy harvesting and wireless temperature and vibration monitoring | |
| Zhao et al. | A current-enhanced triboelectric nanogenerator with crossed rollers for harvesting wave energy | |
| Zhang et al. | Space Volume Effect in Tube Liquid–Solid Triboelectric Nanogenerator for Output Performance Enhancement | |
| Drzewiecki et al. | Design of an autonomous IoT node powered by a Perovskite-based wave energy converter | |
| CN106787943B (zh) | 一种s型压电振动能量收集装置 | |
| CN203715801U (zh) | 静电纺丝装置 | |
| Gao et al. | High performance triboelectric nanogenerator for wave energy harvesting through the gas-assisted method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180515 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |