CN109356785A - 基于防护层的风能发电装置 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种基于防护层的风能发电装置，包括叶片、支柱、发电机、变压器、蓄电池，其中，叶片与发电机相连，发电机通过变压器与蓄电池相连，发电机、变压器、蓄电池均设在支柱内部，叶片设在支柱顶端；该叶片包括叶片本体和设于叶片本体表面的防腐蚀保护层；该叶片本体，在表面利用电化学法生长有氧化铜纳米线；该防腐蚀保护层，以聚苯胺为母体，在聚苯胺中添加有氧化铜纳米线、Mn2O3多孔微球、TiO2纳米粒子、ZnO纳米粒子。
Description
技术领域
本申请涉及风能发电领域，尤其涉及一种基于防护层的风能发电装置。
背景技术
风能是一种取之不尽、用之不竭的能源，对于沿海岛屿、草原牧区、山区高原等地带，因地制宜的利用风力发电是一种有效的能源利用方式。
海上风电是可再生能源的重要领域，风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，在透过增速机降旋转的速度提升，来促使发电机发电。
然而，在沿海地区，空气中盐度、湿度较大，风力发电装置处于恶劣环境中，容易发生腐蚀，减小使用寿命。
发明内容
本发明旨在提供一种适用于沿海地区的基于防护层的风能发电装置，以解决上述提出问题。
本发明的实施例中提供了一种基于防护层的风能发电装置，包括叶片、支柱、发电机、变压器、蓄电池，其中，叶片与发电机相连，发电机通过变压器与蓄电池相连，发电机、变压器、蓄电池均设在支柱内部，叶片设在支柱顶端；该叶片包括叶片本体和设于叶片本体表面的防腐蚀保护层；该叶片本体，在表面利用电化学法生长有氧化铜纳米线；该防腐蚀保护层，以聚苯胺为母体，在聚苯胺中添加有氧化铜纳米线、Mn2O3多孔微球、TiO2纳米粒子、ZnO纳米粒子。
本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本发明的风能发电装置，包括叶片，该叶片包括叶片本体和防腐蚀保护层，在叶片本体上生长有氧化铜纳米线，在防腐蚀保护层中，以聚苯胺为母体，在聚苯胺中添加有氧化铜纳米线、Mn2O3多孔微球、TiO2纳米粒子、ZnO纳米粒子，防腐蚀保护层与叶片本体接触，该氧化铜纳米线位于防腐蚀保护层的底部，与防腐蚀保护层相互镶嵌在一起，相互穿插，有效提高了聚苯胺与基底的结合；在聚苯胺中添加的物质有Mn2O3多孔微球、TiO2纳米粒子、ZnO纳米粒子，上述的填料均具有较高的比表面积，其能通过聚苯胺孔隙之间的铰链作用于聚苯胺膜很好的结合在一起，有效降低聚苯胺膜的孔隙率，从而有效增强了聚苯胺的防腐蚀能力。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本发明叶片的结构示意图。
其中，15-叶片本体，16-防腐蚀保护层，17-氧化铜纳米线。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
本申请的实施例涉及一种基于防护层的风能发电装置，包括叶片、支柱、发电机、变压器、蓄电池，其中，叶片与发电机相连，发电机通过变压器与蓄电池相连，发电机、变压器、蓄电池均设在支柱内部，叶片设在支柱顶端；为了有效防止叶片腐蚀，该叶片包括叶片本体15和设于叶片本体表面的防腐蚀保护层16。
叶片一般为不锈钢等金属材质制作，对金属的防护一般采用涂层法，聚苯胺是一种有独特物理化学性能的导电高分子材料，其在电学器件、电磁屏蔽材料、电极材料、防静电材料、电致变色材料等方面具有广泛应用；在防腐蚀方面，聚苯胺可以像普通涂料一样形成低孔隙率的膜层，隔绝腐蚀介质与金属基底的接触；此外，由于具有导电性，聚苯胺还可以与金属基底发生钝化反应来强化基体的耐腐蚀能力，增强金属基底的耐腐蚀能力。
然而，单独采用聚苯胺作为防腐蚀涂层，由于聚苯胺涂层与基底的结合力较弱，孔隙率较大等问题，其并不能作为完美的物理屏障阻隔腐蚀性介质的侵入，因此需要向聚苯胺中掺杂无机粒子或者制备复合涂层材料来提高聚苯胺材料的耐腐蚀性能。
本申请所涉及的叶片本体15的材质为铜，其表面利用电化学法生长有氧化铜纳米线17，然后在此基础上涂覆防腐蚀保护层16。
本申请所涉及的防腐蚀保护层16，以聚苯胺为母体，在聚苯胺中添加有Mn2O3多孔微球、TiO2纳米粒子、WO3纳米粒子和Ni纳米粒子的混合物。
其中，由于防腐蚀保护层16与叶片本体15接触，该氧化铜纳米线17位于防腐蚀保护层16的底部，与防腐蚀保护层16相互镶嵌在一起。
在上述方案中，所述的氧化铜纳米线生长均匀，具有较大的比表面积，从而，其与聚苯胺膜结合紧密，氧化铜纳米线与聚苯胺膜相互镶嵌在一起，相互穿插，有效提高了聚苯胺与基底的结合，此外，氧化铜纳米线还能够填充一部分膜层孔道，增大聚苯胺的耐腐蚀能力。
氧化铜是一种优良的半导体材料，一般广泛应用于光热、锂离子电池、传感器、超导等方面，具有较大的激子束缚能；氧化铜纳米材料具有高机械强度、热稳定性和化学稳定性，在防腐蚀方面应用较少，而本申请中，在聚苯胺母体中添加氧化铜纳米线制备成复合膜，使聚苯胺与基底结合力增强，有效减小了聚苯胺膜的孔隙率，显著提高了聚苯胺膜的防腐蚀性能。
优选地，该氧化铜纳米线的长度为3～6μm，直径为200nm；
在上述方案中，在聚苯胺膜中添加有Mn2O3多孔微球、TiO2纳米粒子、WO3纳米粒子和Ni纳米粒子，本领域技术人员能够了解，在聚苯胺中添加无机粒子，其与聚苯胺复合在一起能够有效提高材料的耐腐蚀性能，通常添加的无机粒子为固体颗粒，比如ZnO、SiO2、Al2O3、纳米粘土粒子等，而在本申请的防腐蚀保护层中，在聚苯胺膜中添加的物质有Mn2O3多孔微球、TiO2纳米粒子、WO3纳米粒子和Ni纳米粒子，一方面，上述的填料均具有较高的比表面积，其能通过聚苯胺孔隙之间的铰链作用于聚苯胺膜很好的结合在一起，有效降低聚苯胺膜的孔隙率；在另一方面，由于上述的粒子均为微纳尺度，其容易由于纳米团聚现象而团聚在一起，影响其在聚苯胺中的分散性，进而导致防腐性能的下降，而在本申请中，存在的氧化铜纳米线能够使得上述粒子减少团聚，从而增强防腐蚀能力。
优选地，上述的防腐蚀保护层的厚度为100μm，Mn2O3多孔微球、TiO2纳米粒子、WO3纳米粒子和Ni纳米粒子在聚苯胺膜中质量占比为26％，Mn2O3多孔微球、TiO2纳米粒子、WO3纳米粒子和Ni纳米粒子的质量比为11:4:5:2。
其中，TiO2纳米粒子、WO3纳米粒子和Ni纳米粒子选取市售商，粒径均为500nm；
其中，Mn2O3多孔微球的制备过程为：首先，将15mmol的Mn(CH3COO)2·6H2O、45mmol的尿素和2g聚乙二醇-2000置于40ml乙二醇溶液中，充分搅拌均匀，溶解完毕，然后将所得溶液转移至不锈钢反应釜中，在220℃下密封水热反应30h，自然冷却、离心、收集、洗涤、干燥，得到MnCO3，最后将其在马弗炉中650℃下煅烧10h，得到Mn2O3多孔微球；Mn2O3多孔微球直径为2μm。
实施例1
上述叶片本体的制备过程为：
步骤1，将叶片本体依次用400目、800目的砂纸均匀打磨，然后在异丙醇中超声清洗15min，用去离子水清洗干净；
步骤2，将上述超声清洗后的叶片本体作为阳极，石墨为阴极，2mol/L浓度的KOH溶液为电解液，加入微量的聚乙烯醇，在1.7mA/cm2电流密度下进行氧化，30min后取出叶片本体，用去离子水反复冲洗后自然晾干；
步骤3，将上述得到的叶片本体放入马弗炉中，首先在150℃下煅烧2h，然后再在300℃下煅烧3h，自然冷却后，在叶片本体上得到氧化铜纳米线。
上述防腐蚀保护层的制备过程为：
步骤1，将1ml苯胺溶液和90ml 1M的HCl混合，在冰水浴中搅拌1h，然后再向其中缓慢加入100ml HCl和2.5g过硫酸铵溶液，在冰水浴中搅拌5h；将反应得到的产物抽滤，去离子水、乙醇清洗，干燥，然后将其在80℃烘箱中干燥10h，再用1M的NH3·H2O处理0.5h，最后收集产物干燥，得到聚苯胺粉末；
步骤2，称取0.1g的聚苯胺粉末、Mn2O3多孔微球、TiO2纳米粒子、WO3纳米粒子和Ni纳米粒子混合，再向其中加入氮-甲基吡咯烷酮溶剂，超声振荡0.5h，再磁力搅拌24h，得到浆料状态的混合物，将该混合物涂覆在叶片本体表面，在真空干燥10h，在叶片本体15上得到聚苯胺膜。
对于上述步骤得到的叶片进行耐腐蚀测试，测试介质采用3.5％的NaCl溶液，将样品用环氧树脂封样，裸露面积为3cm2，采用传统的三电极体系进行耐腐蚀测试，表明，本申请的叶片防腐蚀性能良好。
实施例2
上述叶片本体的制备过程为：
步骤1，将叶片本体依次用400目、800目的砂纸均匀打磨，然后在异丙醇中超声清洗15min，用去离子水清洗干净；
步骤2，将上述超声清洗后的叶片本体作为阳极，石墨为阴极，2mol/L浓度的KOH溶液为电解液，加入微量的聚乙烯醇，在1.7mA/cm2电流密度下进行氧化，30min后取出叶片本体，用去离子水反复冲洗后自然晾干；
步骤3，将上述得到的叶片本体放入马弗炉中，首先在150℃下煅烧2h，然后再在300℃下煅烧3h，自然冷却后，在叶片本体上得到氧化铜纳米线。
上述防腐蚀保护层的制备过程为：
步骤1，将1ml苯胺溶液和90ml 1M的HCl混合，在冰水浴中搅拌1h，然后再向其中缓慢加入100ml HCl和2.5g过硫酸铵溶液，在冰水浴中搅拌5h；将反应得到的产物抽滤，去离子水、乙醇清洗，干燥，然后将其在80℃烘箱中干燥10h，再用1M的NH3·H2O处理0.5h，最后收集产物干燥，得到聚苯胺粉末；
步骤2，称取0.1g的聚苯胺粉末、Mn2O3多孔微球、WO3纳米粒子和Ni纳米粒子混合，再向其中加入氮-甲基吡咯烷酮溶剂，超声振荡0.5h，再磁力搅拌24h，得到浆料状态的混合物，将该混合物涂覆在叶片本体表面，在真空干燥10h，在叶片本体15上得到聚苯胺膜。
对于上述步骤得到的叶片进行耐腐蚀测试，测试介质采用3.5％的NaCl溶液，将样品用环氧树脂封样，裸露面积为3cm2，采用传统的三电极体系进行耐腐蚀测试，表明，本申请的叶片防腐蚀性能良好。
实施例3
上述叶片本体的制备过程为：
步骤1，将叶片本体依次用400目、800目的砂纸均匀打磨，然后在异丙醇中超声清洗15min，用去离子水清洗干净；
步骤2，将上述超声清洗后的叶片本体作为阳极，石墨为阴极，2mol/L浓度的KOH溶液为电解液，加入微量的聚乙烯醇，在1.7mA/cm2电流密度下进行氧化，30min后取出叶片本体，用去离子水反复冲洗后自然晾干；
步骤3，将上述得到的叶片本体放入马弗炉中，首先在150℃下煅烧2h，然后再在300℃下煅烧3h，自然冷却后，在叶片本体上得到氧化铜纳米线。
上述防腐蚀保护层的制备过程为：
步骤1，将1ml苯胺溶液和90ml 1M的HCl混合，在冰水浴中搅拌1h，然后再向其中缓慢加入100ml HCl和2.5g过硫酸铵溶液，在冰水浴中搅拌5h；将反应得到的产物抽滤，去离子水、乙醇清洗，干燥，然后将其在80℃烘箱中干燥10h，再用1M的NH3·H2O处理0.5h，最后收集产物干燥，得到聚苯胺粉末；
步骤2，称取0.1g的聚苯胺粉末、Mn2O3多孔微球和Ni纳米粒子混合，再向其中加入氮-甲基吡咯烷酮溶剂，超声振荡0.5h，再磁力搅拌24h，得到浆料状态的混合物，将该混合物涂覆在叶片本体表面，在真空干燥10h，在叶片本体15上得到聚苯胺膜。
对于上述步骤得到的叶片进行耐腐蚀测试，测试介质采用3.5％的NaCl溶液，将样品用环氧树脂封样，裸露面积为3cm2，采用传统的三电极体系进行耐腐蚀测试，表明，本申请的叶片防腐蚀性能良好。
以上所述仅为本发明的较佳方式，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于防护层的风能发电装置，包括叶片、支柱、发电机、变压器、蓄电池，其中，叶片与发电机相连，发电机通过变压器与蓄电池相连，发电机、变压器、蓄电池均设在支柱内部，叶片设在支柱顶端；其特征在于，该叶片包括叶片本体和设于叶片本体表面的防腐蚀保护层；该叶片本体，在表面利用电化学法生长有氧化铜纳米线；该防腐蚀保护层，以聚苯胺为母体，在聚苯胺中添加有氧化铜纳米线、Mn2O3多孔微球、TiO2纳米粒子、WO3纳米粒子和Ni纳米粒子。
2.如权利要求1所述的风能发电装置，其特征在于，该氧化铜纳米线的长度为3～6μm，直径为200nm。
3.如权利要求1所述的风能发电装置，其特征在于，该防腐蚀保护层厚度为100μm，Mn2O3多孔微球、TiO2纳米粒子、WO3纳米粒子和Ni纳米粒子的质量占比为26％，Mn2O3多孔微球、TiO2纳米粒子、ZnO纳米粒子的质量比为11:4:5:2。
4.如权利要求3所述的风能发电装置，其特征在于，TiO2纳米粒子、WO3纳米粒子和Ni纳米粒子的粒径均为500nm，Mn2O3多孔微球粒径为2μm。
5.如权利要求2所述的风能发电装置，其特征在于，上述叶片本体的制备过程为：
步骤1，将叶片本体依次用400目、800目的砂纸均匀打磨，然后在异丙醇中超声清洗15min，用去离子水清洗干净；
步骤2，将上述超声清洗后的叶片本体作为阳极，石墨为阴极，2mol/L浓度的KOH溶液为电解液，加入微量的聚乙烯醇，在1.7mA/cm2电流密度下进行氧化，30min后取出叶片本体，用去离子水反复冲洗后自然晾干；
步骤3，将上述得到的叶片本体放入马弗炉中，首先在150℃下煅烧2h，然后再在300℃下煅烧3h，自然冷却后，在叶片本体上得到氧化铜纳米线。
6.如权利要求4所述的风能发电装置，其特征在于，上述防腐蚀保护层的制备过程为：
步骤1，将1ml苯胺溶液和90ml 1M的HCl混合，在冰水浴中搅拌1h，然后再向其中缓慢加入100ml HCl和2.5g过硫酸铵溶液，在冰水浴中搅拌5h；将反应得到的产物抽滤，去离子水、乙醇清洗，干燥，然后将其在80℃烘箱中干燥10h，再用1M的NH3·H2O处理0.5h，最后收集产物干燥，得到聚苯胺粉末；
步骤2，称取0.1g的聚苯胺粉末、Mn2O3多孔微球、TiO2纳米粒子、WO3纳米粒子和Ni纳米粒子混合，再向其中加入氮-甲基吡咯烷酮溶剂，超声振荡0.5h，再磁力搅拌24h，得到浆料状态的混合物，将该混合物涂覆在叶片本体表面，在真空干燥10h，在叶片本体上得到聚苯胺膜。
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| CN102260440A (zh) * | 2010-05-25 | 2011-11-30 | 北京文德思维科贸有限公司 | 风力发电机叶片专用涂料及其施工工艺 |
| JP2016204627A (ja) * | 2015-04-20 | 2016-12-08 | 東洋インキＳｃホールディングス株式会社 | 常温硬化型塗料組成物、および風力発電機のブレード |
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