CN111030508A - 发电装置、自供电设备及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种发电装置、自供电设备及其制备方法和应用。该发电装置包括发电组件和可挥发液体，所述发电组件包括表面碳化后的木材，所述表面碳化后的木材具有第一端和第二端，所述发电组件还包括与所述第一端连接的第一电极，以及，与所述第二端连接的第二电极；所述第一端置于所述可挥发液体中，所述第一电极的不与所述第一端连接的一端置于无液体环境中；所述第二端置于无液体环境中，所述第二电极的不与所述第二端连接的一端置于无液体环境中。该发电装置，所使用的原料为木材，其来源更为广泛，成本更低，能够稳定持久地输出电能。
Description
技术领域
本发明涉及一种发电装置、自供电设备及其制备方法和应用。
背景技术
在人类社会与经济发展不断实现新跨越的同时，石油、煤炭、天然气等不可再生能源却日益减少，化石燃料燃烧所产生的温室气体排放给环境造成了越来越沉重的压力。面对当前化石能源消耗带来的严重环境危机，积极寻找新的可替代清洁能源，丰富能源结构，成为世界各国面临的必然选择。
文献(Xue G,Xu Y,Ding T,et al.Water-evaporation-induced electricitywith nanostructured carbon materials[J].Nature nanotechnology,2017,12(4):317.)公开了一种发电装置，该发电装置所采用的发电材料为纳米碳材料，而不同类型的材料用作发电材料时，其两端能够达到的电压之间不具有可比性；此外，该发电装置的制备方法较为复杂。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是为了克服现有技术中尚没有采用木材作为发电材料的缺陷，而提供一种发电装置、自供电设备及其制备方法和应用。
本发明通过以下技术方案解决上述技术问题：
本发明提供一种发电装置，所述发电装置包括发电组件和可挥发液体，所述发电组件包括表面碳化后的木材，所述表面碳化后的木材具有第一端和第二端，所述发电组件还包括与所述第一端连接的第一电极，以及，与所述第二端连接的第二电极；所述第一端置于所述可挥发液体中，所述第一电极的不与所述第一端连接的一端置于无液体环境中；所述第二端置于无液体环境中，所述第二电极的不与所述第二端连接的一端置于无液体环境中。
本发明中，所述木材可为现有技术中通常所指的木材，所述木材均含有丰富的孔道、且具有毛细管结构，故能够产生毛细作用。所述木材可选用木材的根茎，因为与木材的其他部分相比，木材的植物根茎含有更为丰富的孔道，如此，可以进一步提升所得发电装置的电压。所述木材较佳地为松木、杨木或椴木，更佳地为松木根茎、杨木根茎或椴木根茎。
本发明中，所述木材的形状可为条或块。
本发明中，所述木材的高度可为25-80mm，较佳地为50-60mm，例如30mm或70mm。
本发明中，所述木材的宽度可为1-25mm，较佳地为5-25mm，例如10mm或15mm。
本发明中，所述木材的厚度可为1-10mm，较佳地为2-5mm，例如3mm或4mm。
本发明中，所述表面碳化的木材指的是表面具有碳化层的木材，所述碳化层主要是木材脱除氢和氧之后的物质，其由碳构成，所述表面碳化的木材的外表面可全部为碳化层或部分为碳化层，较佳地，所述表面碳化的木材除所述第一端的底面和所述第二端的顶面之外的其余侧面均具有碳化层。
本发明中，所述表面碳化后的木材的碳化层的厚度较佳地为20-50μm。
本发明中，所述第二端较佳地位于所述第一端的上方。
本发明中，所述第一电极可选用现有技术中的导电材料，较佳地为铜或金。
本发明中，所述第一电极与所述第一端的连接点与所述第一端的底面的距离较佳地为1-3mm，例如2mm。
本发明中，所述第二电极可选用现有技术中的导电材料，较佳地为铜或金。
本发明中，所述第二电极与所述第二端的连接点与所述第二端的顶面的距离较佳地为1-3mm，例如2mm。
本发明中，所述可挥发液体可为现有技术中的能够渗入至所述木材内的毛细管中的极性溶剂，较佳地为水或乙醇，更佳地为去离子水。
本发明中，所述表面碳化后的木材在所述可挥发液体中的深度可为0.5cm-1.5cm，例如1cm。
本发明中，所述无液体环境可为不影响所述可挥发液体挥发的气体环境，例如空气。
在本发明一较佳实施方式中，所述木材的高度为50-60mm，所述木材的宽度为5-25mm，所述木材的厚度为2-5mm，所述表面碳化的木材的除所述第一端的底面和所述第二端的顶面之外的其余侧面具有碳化层，所述碳化层的厚度为20-50μm。该技术方案相对其他技术方案能够进一步提升第一端与第二端之间的电压。
在本发明一更佳实施方式中，所述木材的高度为50-60mm，所述木材的宽度为5-10mm，所述木材的厚度为2-3mm，所述表面碳化的木材的除所述第一端的底面和所述第二端的顶面之外的其余侧面具有碳化层，所述碳化层的厚度为20-50μm。该技术方案相对其他技术方案能够再进一步提升第一端与第二端之间的电压。
本发明还提供一种自供电设备，所述自供电设备包括用电器和前述的发电装置，所述第一电极与所述第二电极分别与所述用电器的正负极相连接。
本发明中，所述用电器较佳地为电容器或LCD屏。
本发明还提供一种前述的发电装置的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将所述表面碳化后的木材的第一端和所述表面碳化后的木材的第二端分别与所述第一电极和所述第二电极连接；
(2)将所述第一端置于可挥发液体中，所述第一电极的不与所述第一端连接的一端伸至无液体环境中；将所述第二端置于无液体环境中，所述第二电极的不与所述第二端连接的一端置于无液体环境中，即可。
步骤(1)中，所述表面碳化后的木材可通过如下方式获得，将木材进行表面碳化即可。
其中，所述表面碳化之前较佳地对所述木材进行表面光滑处理。
其中，所述表面碳化可采用火焰。所述火焰的外焰温度可为800-2000℃，较佳地为1200-2000℃，例如1500℃或1800℃。所述火焰的移动速度较佳地为20-40mm/s，例如25mm/s或30mm/s。本发明的发明人在研究中发现，所述火焰的移动速度过慢会导致木材在空气中燃烧，火焰移动速度过快会导致碳化程度不够，无法形成均匀的碳化层，故选用所述火焰的移动速度为20-40mm/s即可实现在所述木材的表面形成均匀的碳化层。
其中，所述表面碳化之后较佳地对所述表面碳化后的木材进行光滑处理，以形成光滑的且均匀的碳化层。
本发明还提供一种前述的发电装置在电容器或LCD屏供电中的应用。
在不违背本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明所用试剂和原料均市售可得。
本发明的积极进步效果在于：
1、本发明的发电装置中，与背景技术部分提及的现有技术文献中的制备方法相比，所使用的原料为木材，其来源更为广泛，成本更低。木材本身具有的毛细作用可以使得可挥发液体沿着木材爬升从而在木材上方蒸发，且由于表面碳化后的木材的表面碳化层和木材内部的官能团分布不均，会使得可挥发液体在蒸发过程中出现阴阳离子分离的现象，蒸发过程中的离子堆积会导致所述表面碳化后的木材的两端形成电势差，进而能够稳定持久地输出电能。
2、本发明的发电装置的制备方法，与背景技术部分提及的现有技术文献中的制备方法相比，更为简单易行，木材来源更为广泛，成本更低。本发明的发电装置组装后，除环境热量外无需其他能量输入即可自行完成热电转换过程，进而能够稳定持久地输出电能。
附图说明
图1为本发明各实施例的发电装置的结构示意图；
图2为实施例1的发电装置进行实际测试所获得的电压-时间信号图；
图3为实施例2的发电装置进行实际测试所获得的电压-时间信号图；
图4为对比例1的发电装置进行实际测试所获得的电压-时间信号图；
图5为实施例1中的木材的内部孔道结构的SEM图。
附图标记说明：
第一端1
第二端2
第一电极3
第二电极4
可挥发液体5
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，按照常规方法和条件，或按照商品说明书选择。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例1-4
一种发电装置的制备方法，制备方法包括如下步骤：
(1)将木材进行表面碳化，得表面碳化后的木材；
(2)将第一端1和第二端2分别与第一电极3和第二电极4连接；
(3)将第一端1置于可挥发液体5中，第一电极3的不与第一端1连接的一端伸至无液体环境中；将第二端2置于无液体环境中，第二电极4的不与第二端2连接的一端置于无液体环境中，即得如图1所示的发电装置，其中，图1中的
所代表的意思是电压表，在需要测定所得发电装置的电压时，只要将第一电极3的不与第一端1连接的一端及第二电极4的不与第二端2连接的一端分别与电压表的两端连接即可。
步骤(1)中，木材的SEM图如图5所示，其为木材的树干。
步骤(1)中，表面碳化之前用刨刀对木材进行表面光滑处理。
步骤(1)中，表面碳化采用火焰。
步骤(1)中，表面碳化后的木材除所述第一端的底面和所述第二端的顶面之外的其余侧面均具有碳化层。
步骤(1)中，表面碳化之后用刨刀对表面碳化后的木材进行光滑处理，以形成光滑的且均匀的碳化层。
步骤(2)中，第二端2位于第一端1的上方。
步骤(2)中，第一电极3为铜丝，铜丝的直径为0.2mm。
步骤(2)中，第一电极3与第一端1的连接点与第一端1的底面的距离为2mm。
步骤(2)中，第二电极4为铜丝，铜丝的直径为0.2mm。
步骤(2)中，第二电极4与第二端2的连接点与第二端2的顶面的距离为2mm。
步骤(3)中，可挥发液体5为去离子水。
步骤(3)中，表面碳化后的木材在可挥发液体5中的深度为1cm。
步骤(3)中，无液体环境为空气。
效果实施例1
在实施例1-2的发电装置的木材表面浸湿后，即接入吉时利2400仪器进行电压测量，得图2及图3所示的结果。
从图2中可以看出，实施例1的发电装置可产生300mv的电压，并且稳定持续超过48h，电性能无明显下降，故该发电装置输出性能持久稳定。从图3中可以看出，实施例2的发电装置可产生300mv的电压，并且稳定持续超过15h，电性能无明显下降，故该发电装置输出性能持久稳定。
同样地，对实施例3-4进行相同的测试，可知实施例3-4的发电装置，可以产生0.1V到0.4V的电压，在连续运行48h后未出现性能降低的情况，故该发电装置具有优良的实用性。
对比例1
与实施例1的不同之处在于，将木材置于管式炉中，隔绝空气后在500℃下碳化30min，将木材完全碳化，其余同实施例1，即得对比例1的发电装置。
此处，需要说明的是，该对比例的完全碳化不同于的本发明的实施例的表面碳化，完全碳化是在无氧环境中将木材中的氢和氧全部脱除之后的物质，其由碳构成。
技术效果：将对比例1的发电装置参照效果实施例1的测试方法进行电压测试，所得结果如图4所示，从图4可知，完全碳化的木材并不能产生电压。
需要说明的是，完全碳化后的木材也是具有多孔结构的材料，但其并不能够产生电压，故本发明选用表面碳化的木材作为发电材料实现如效果实施例1的技术效果也是不容易的。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种发电装置，所述发电装置包括发电组件和可挥发液体，其特征在于，所述发电组件包括表面碳化后的木材，所述表面碳化后的木材具有第一端和第二端，所述发电组件还包括与所述第一端连接的第一电极，以及，与所述第二端连接的第二电极；所述第一端置于所述可挥发液体中，所述第一电极的不与所述第一端连接的一端置于无液体环境中；所述第二端置于无液体环境中，所述第二电极的不与所述第二端连接的一端置于无液体环境中。
2.如权利要求1所述的发电装置，其特征在于，所述木材为松木、杨木或椴木；
和/或，所述木材的高度为25-80mm，较佳地为50-60mm；
和/或，所述木材的宽度为1-25mm，较佳地为5-25mm；
和/或，所述木材的厚度为1-10mm，较佳地为2-5mm；
和/或，所述表面碳化的木材除所述第一端的底面和所述第二端的顶面之外的其余侧面具有碳化层；
和/或，所述表面碳化后的木材的碳化层的厚度为20-50μm。
3.如权利要求1所述的发电装置，其特征在于，所述第二端位于所述第一端的上方。
4.如权利要求1所述的发电装置，其特征在于，所述第一电极为铜或金；
和/或，所述第一电极与所述第一端的连接点与所述第一端的底面的距离为1-3mm；
和/或，所述第二电极为铜或金；
和/或，所述第二电极与所述第二端的连接点与所述第二端的顶面的距离为1-3mm。
5.如权利要求1所述的发电装置，其特征在于，所述可挥发液体为能够渗入至所述木材内的毛细管中的极性溶剂，所述极性溶剂较佳地为水或乙醇，更佳地为去离子水；
和/或，所述无液体环境为空气。
6.如权利要求1所述的发电装置，其特征在于，所述木材的高度为50-60mm，所述木材的宽度为5-25mm，所述木材的厚度为2-5mm，所述表面碳化的木材的除所述第一端的底面和所述第二端的顶面之外的其余侧面具有碳化层，所述碳化层的厚度为20-50μm；
较佳地，所述木材的高度为50-60mm，所述木材的宽度为5-10mm，所述木材的厚度为2-3mm，所述表面碳化的木材的除所述第一端的底面和所述第二端的顶面之外的其余侧面具有碳化层，所述碳化层的厚度为20-50μm。
7.一种自供电设备，所述自供电设备包括用电器，其特征在于，所述自供电设备还包括如权利要求1-6任一项所述的发电装置，所述第一电极与所述第二电极分别与所述用电器的正负极相连接；所述用电器较佳地为电容器或LCD屏。
8.一种如权利要求1-6任一项所述的发电装置的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将所述表面碳化后的木材的第一端和所述表面碳化后的木材的第二端分别与所述第一电极和所述第二电极连接；
(2)将所述第一端置于可挥发液体中，所述第一电极的不与所述第一端连接的一端伸至无液体环境中；将所述第二端置于无液体环境中，所述第二电极的不与所述第二端连接的一端置于无液体环境中，即可。
9.如权利要求8所述的发电装置的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述表面碳化后的木材通过如下方式获得，将木材进行表面碳化即可；
其中，所述表面碳化之前较佳地对所述木材进行表面光滑处理；
其中，所述表面碳化较佳地采用火焰；所述火焰的外焰温度较佳地为800-2000℃，更佳地为1200-2000℃；所述火焰的移动速度较佳地为20-40mm/s；
其中，所述表面碳化之后较佳地对所述表面碳化后的木材进行光滑处理。
10.一种如权利要求1-6任一项所述的发电装置在电容器或LCD屏供电中的应用。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2017200751A (ja) * | 2016-03-28 | 2017-11-09 | 正倫 佐藤 | 木材或いは木質材料の表面層炭化方法及び該方法により製造された製造物 |
| CN110556543A (zh) * | 2019-08-30 | 2019-12-10 | 北京化工大学 | 一种用于直接甲酸燃料电池的独立木基阳极及其制备方法 |
-
2019
- 2019-12-31 CN CN201911405124.7A patent/CN111030508A/zh active Pending
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