CN111641353A

CN111641353A - 一种湿式柔性发电装置及系统

Info

Publication number: CN111641353A
Application number: CN202010527966.6A
Authority: CN
Inventors: 罗旭彪; 刘俊杰; 石慧; 喻恺; 杨利明; 邵鹏辉
Original assignee: Nanchang Hangkong University
Current assignee: Nanchang Hangkong University
Priority date: 2020-06-11
Filing date: 2020-06-11
Publication date: 2020-09-08
Anticipated expiration: 2040-06-11
Also published as: CN111641353B

Abstract

本发明公开了一种湿式柔性发电装置及系统。该湿式柔性发电装置包括：由上到下依次设置的第一电极、聚3，4‑乙撑二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐薄膜和第二电极；第一电极的端部设置第一金属片；第二电极的端部设置第二金属片；第一金属片的一端与第一电极连接；第一金属片的另一端向外延伸，以外接电路；第二金属片的一端与第二电极连接；第二金属片的另一端向外延伸，以外接电路；聚3，4‑乙撑二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐薄膜用于当水分渗入时发电。本发明结构简单、便于使用、绿色环保。

Description

一种湿式柔性发电装置及系统

技术领域

本发明涉及导电聚合物发电技术领域，特别是涉及一种湿式柔性发电装置及系统。

背景技术

传统化石燃料的枯竭和环境问题的日益突出，要求开发新型绿色能源。传统的聚电解质膜发电装置不仅结构复杂，不便使用，而且发电过程中会产生污染物，不利于环保。

发明内容

基于此，有必要提供一种结构简单、便于使用、绿色环保的湿式柔性发电装置及系统。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种湿式柔性发电装置，包括：由上到下依次设置的第一电极、聚3，4-乙撑二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐薄膜和第二电极；所述第一电极的端部设置第一金属片；所述第二电极的端部设置第二金属片；所述第一金属片的一端与所述第一电极连接；所述第一金属片的另一端向外延伸，以外接电路；所述第二金属片的一端与所述第二电极连接；所述第二金属片的另一端向外延伸，以外接电路；所述聚3，4-乙撑二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐薄膜用于当水分渗入时发电。

可选的，所述聚3，4-乙撑二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐薄膜的尺寸大于所述第一电极的尺寸；所述聚3，4-乙撑二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐薄膜的尺寸大于所述第二电极的尺寸。

可选的，所述湿式柔性发电装置还包括：第一基底和第二基底；所述第一基底设置在所述第一电极的外表面，所述第二基底设置在所述第二电极的外表面；所述第一基底和所述第二基底上均开设有多个通孔。

可选的，所述第一基底和所述第二基底均为PET薄膜。

可选的，所述第一电极和所述第二电极均为碳布。

可选的，所述第一金属片的另一端与所述第二金属片的另一端的延伸方向不同。

可选的，所述第一金属片的另一端与所述第二金属片的另一端的延伸方向相同，且所述第一金属片与所述第二金属片不接触。

可选的，所述第一基底和所述第二基底上开设的通孔均呈阵列式排布。

本发明还提供了一种湿式柔性发电系统，包括：多个上述所述的湿式柔性发电装置；多个所述湿式柔性发电装置串联。

本发明还提供了一种湿式柔性发电系统，包括：多个上述所述的湿式柔性发电装置；多个所述湿式柔性发电装置并联。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提出了一种湿式柔性发电装置及系统。该湿式柔性发电装置包括：由上到下依次设置的第一电极、聚3，4-乙撑二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐薄膜和第二电极；第一电极的端部设置第一金属片；第二电极的端部设置第二金属片。本发明当薄膜(聚3，4-乙撑二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐薄膜)处于无外部水分的初始状态时，未发现可检测的电信号。当水分逐渐接近薄膜时，水分子将薄膜分离，从磺酸基释放出可移动的质子。聚苯乙烯磺酸(PSSA)的亲水性使水分子逐渐渗透并润湿薄膜，在此过程中，释放的质子将在质子浓度差的驱动下，通过渗透机制被深深地转移到薄膜中。带正电荷的离子的这种移动将导致在外部电路中检测到的电输出，留下带负电荷的不可移动聚合物链，从而实现发电。本发明结构简单、便于使用，并仅利用水资源来发电，不会产生污染物，绿色环保，此外，利用薄膜还可以制造出柔性、耐磨的能量采集器，以从现实生活中的呼吸、蒸汽和雾气中获取能量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的湿式柔性发电装置的三维视图；

图2为本发明实施例提供的湿式柔性发电装置的俯视图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

水能发电(EPG)因其水资源丰富、设备设置简单和涉及绿色化学等优点，正在成为一种很有前途的清洁能源收集和转换方法。基于水的不同形式，提出了各种机制来解释EPG过程的起源，其中包括电流、界面充放电过程、电子阻力、电荷离子漂移和离子梯度诱导EPG。这些水性EPG方法令人印象深刻，串联多个单元可以提高电压，但低电流密度仍然严重制约水性EPG的发展。自然界中，质子在线粒体膜内的运动是三磷酸腺苷(ATP)合成的重要过程。在线粒体的内膜上，电子通过一组称为电子传递链的蛋白质从烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)等电子供体转移到氧等受体。这个过程释放的能量被用来将质子泵过线粒体内膜，以pH梯度的形式产生势能，并在线粒体内膜上产生电位。

基于此，本发明提出了一个基于聚3，4-乙撑二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)聚电解质膜。其可以从湿气中获取能量，并产生显著的电力输出。这种聚合物膜为柔性电源设备的构建提供了一个多用途的平台，有望用于便携式和可穿戴电子设备，在某些实际生活条件下从呼吸中的水分、热蒸汽和雾中获取能量。下面对本实施例提供的湿式柔性发电装置进行详细介绍。

图1为本发明实施例提供的湿式柔性发电装置的三维视图；图2为本发明实施例提供的湿式柔性发电装置的俯视图。

参见图1和图2，本实施例的湿式柔性发电装置，包括：由上到下依次设置的第一电极1、聚3，4-乙撑二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐薄膜2和第二电极3；所述第一电极1的端部设置第一金属片4；所述第二电极3的端部设置第二金属片5；所述第一金属片4的一端与所述第一电极1连接；所述第一金属片4的另一端向外延伸，以便于外接电路(接外电路)；所述第二金属片5的一端与所述第二电极3连接；所述第二金属片5的另一端向外延伸，以便于外接电路；所述聚3，4-乙撑二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐薄膜2用于当水分渗入时发电。所述第一金属片4和所述第二金属片5均为导电金属片。

作为一种可选的实施方式，所述聚3，4-乙撑二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐薄膜2的尺寸大于所述第一电极1的尺寸；所述聚3，4-乙撑二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐薄膜2的尺寸大于所述第二电极3的尺寸。这样避免两个电极接触。

作为一种可选的实施方式，所述湿式柔性发电装置还包括：第一基底6和第二基底7；所述第一基底6设置在所述第一电极1的外表面，所述第二基底7设置在所述第二电极3的外表面；第一基底6和第二基底7将整个装置包裹起来，形成一个整体。所述第一基底6和所述第二基底7上均开设有多个通孔，以方便进水。

作为一种可选的实施方式，所述第一基底6和所述第二基底7均为PET薄膜。

作为一种可选的实施方式，所述第一电极1和所述第二电极3均为碳布。

作为一种可选的实施方式，所述第一金属片4的另一端与所述第二金属片5的另一端的延伸方向不同。

作为一种可选的实施方式，所述第一金属片4的另一端与所述第二金属片5的另一端的延伸方向相同，且所述第一金属片4与所述第二金属片5不接触。

作为一种可选的实施方式，所述第一基底6和所述第二基底7上开设的通孔均呈阵列式排布。

作为一种可选的实施方式，多个上述所述的湿式柔性发电装置构成了湿式柔性发电系统；多个所述湿式柔性发电装置可根据实际情况适当进行串并连接。当N个所述湿式柔性发电装置串联时，第n个湿式柔性发电装置的第一金属片4与第n-1个湿式柔性发电装置的第二金属片5连接，第n个湿式柔性发电装置的第二金属片5与第n+1个湿式柔性发电装置的第一金属片4连接，1＜n＜N；其中，第一个湿式柔性发电装置的第一金属片4和第N个湿式柔性发电装置的第二金属片5均连接外电路。当N个所述湿式柔性发电装置并联时，N个所述湿式柔性发电装置均通过各自的金属片连接外电路。

本实施例中的湿式柔性发电装置的发电机理为：当薄膜(聚3，4-乙撑二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐薄膜2)处于无外部水分的初始状态时，未发现可检测的电信号。当水分逐渐接近薄膜时，水分子将薄膜分离，从磺酸基释放出可移动的质子。PSSA的亲水性使水分子逐渐渗透并润湿薄膜，在此过程中，释放的质子将在质子浓度差的驱动下，通过渗透机制被深深地转移到薄膜中。带正电荷的离子的这种移动将导致在外部电路中检测到的电输出，留下带负电荷的不可移动聚合物链。

本实施例中的湿式柔性发电装置的优点如下：

本发明在低电流密度严重制约水性EPG的发展的背景下，提出了一种从自然界得到启发的新的发电机理，基于湿电能转换方法，为湿式柔性发电装置提供了一个新的视角。该装置整体构造简单，使用方便快捷，可从生活中各种环境得到发电原材料，并且不产生任何有害物质，安全环保；发电条件低，只需水源即可；采用PET薄膜作为基底，碳布做为电极，极大的保留了柔性发电材料的韧性；外接金属片做电极，保证了整体结构的稳定，方便与外电路相接；PET薄膜开设若干小孔，方便进水；整个装置小巧便捷，可多装置自行串并联增加功率输出；有利于可穿戴的柔性电子设备的实际应用。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种湿式柔性发电装置，其特征在于，包括：由上到下依次设置的第一电极、聚3，4-乙撑二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐薄膜和第二电极；所述第一电极的端部设置第一金属片；所述第二电极的端部设置第二金属片；所述第一金属片的一端与所述第一电极连接；所述第一金属片的另一端向外延伸，以外接电路；所述第二金属片的一端与所述第二电极连接；所述第二金属片的另一端向外延伸，以外接电路；所述聚3，4-乙撑二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐薄膜用于当水分渗入时发电。

2.根据权利要求1所述的一种湿式柔性发电装置，其特征在于，所述聚3，4-乙撑二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐薄膜的尺寸大于所述第一电极的尺寸；所述聚3，4-乙撑二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐薄膜的尺寸大于所述第二电极的尺寸。

3.根据权利要求1所述的一种湿式柔性发电装置，其特征在于，还包括：第一基底和第二基底；所述第一基底设置在所述第一电极的外表面，所述第二基底设置在所述第二电极的外表面；所述第一基底和所述第二基底上均开设有多个通孔。

4.根据权利要求3所述的一种湿式柔性发电装置，其特征在于，所述第一基底和所述第二基底均为PET薄膜。

5.根据权利要求1所述的一种湿式柔性发电装置，其特征在于，所述第一电极和所述第二电极均为碳布。

6.根据权利要求1所述的一种湿式柔性发电装置，其特征在于，所述第一金属片的另一端与所述第二金属片的另一端的延伸方向不同。

7.根据权利要求1所述的一种湿式柔性发电装置，其特征在于，所述第一金属片的另一端与所述第二金属片的另一端的延伸方向相同，且所述第一金属片与所述第二金属片不接触。

8.根据权利要求3所述的一种湿式柔性发电装置，其特征在于，所述第一基底和所述第二基底上开设的通孔均呈阵列式排布。

9.一种湿式柔性发电系统，其特征在于，包括：多个如权利要求1-8中任意一项所述的湿式柔性发电装置；多个所述湿式柔性发电装置串联。

10.一种湿式柔性发电系统，其特征在于，包括：多个如权利要求1-8中任意一项所述的湿式柔性发电装置；多个所述湿式柔性发电装置并联。