CN114597514A - 一种纤维状湿度电池 - Google Patents

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周彦妤
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Abstract

本发明公开了一种纤维状湿度电池，属于材料技术领域。本发明以导电纤维、亲水性物质和导电物质分别构成湿度电池的阳极、电解质层以及阴极。本发明的纤维状湿度电池，能够从空气中结合游离水分子在阴阳两极之间产生电势差从而发电，并且同时兼具有柔韧性好、可以用于可穿戴电子设备供电的特点。

Description

一种纤维状湿度电池
技术领域
本发明涉及一种纤维状湿度电池的结构及制备方法，属于材料技术领域。
背景技术
我国在矿物能源和环境保护方面的压力日益严重。为了替代石油、煤炭等高污染能源，发展绿色电池是当务之急。
另一方面，不论是智能手机还是可穿戴设备，续航能力一直被人们所诟病。目前已经不断产生各种新技术来解决移动设备的续航问题，石墨烯电池、太阳能充电电池等。就是其中最受瞩目的柔性电池，柔性电池以其优越的性能和可折叠性而被人们所看好，各大科技巨擘和科研机构也在推广柔性电池的技术上不断地求索。例如，据外媒NPU报道，诺基亚最近开发了一种“石墨烯自充电光子电池”的专利，这意味着未来的设备或将具有自发电功能。三星在2014韩国电池展览会上展示了可卷曲柔性电池。特别的，苹果公司公开的柔性电池组包含了原电池或光伏电池组等多组件结构。此电池组也可能包括多个多层结构的耦合组件。上下层膜片可能会被黏合剂粘连以求使每个组件独立起来。这种结构使得电子设备的电池能够改变形状以适应实际需要。此结构还允许将一个或几个组件有选择性的从电池组中移除。
但是以上公司的改进技术仅仅能够获得薄膜状的柔性电池，而无法将电池与织物通过织造方式与智能可穿戴服装结合，不能很好的实现工业化应用，因此，提供一种与织物通过织造方式与智能可穿戴服装结合的电池是亟待解决的技术问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种纤维状湿度电池。该纤维状的湿度电池，不仅能够满足对电池柔性的需求，而且能够通过增加纤维长度而达到扩容电池发电量的目的。
本发明的目的是提供一种纤维状湿度电池，所述纤维状湿度电池是将导电纤维作为电池的阴阳极，含有盐的亲水性物质作为电解质层。
该电池能够在高湿度时从空气中结合游离水分子在电池的正极和负极之间产生0.05-0.55V电势差从而发电。该纤维电池发电的原理在学术界尚未存在统一的解释；其中，认知度比较高的两种解释为：①电池的正极从空气中吸水，水分子在负极和氧气发生反应生成氢氧根离子，而后氢氧根离子通过电解质层迁移到电池的负极，在负极氧化金属纤维并放出电子；②电池正极从空气中吸水，并解离成氢离子和氢氧根离子，氢离子同正极结合，而氢氧根离子迁移到负极并与其反应并放出电子。
在本发明的一种实施方式中，在阳极导电纤维表面涂覆电解质层，然后在电解质层外表面包缠或涂覆阴极导电纤维。
在本发明的一种实施方式中，所述阳极导电纤维为铜丝、银丝或涤纶导电纤维。
在本发明的一种实施方式中，所述阴极导电纤维为铜丝、银丝或涤纶导电纤维。
在本发明的一种实施方式中，所述电解质为羟乙基纤维素。
在本发明的一种实施方式中，所述阳极导电纤维的直径为0.05-1.0mm。
在本发明的一种实施方式中，所述阴极导电纤维的直径为0.05-1.0mm。
在本发明的一种实施方式中，所述电解质为加入聚甲基丙烯酸钠作为离子供体的羟乙基纤维素。
在本发明的一种实施方式中，所述聚甲基丙烯酸钠添加量为羟乙基纤维素质量的1％。
在本发明的一种实施方式中，所述电解质层的厚度为0.05-1.5mm。
在本发明的一种实施方式中，所述阴极的导电涤纶纤维通过包缠或涂覆的方式结合于电介质层外表面，裸露10％～90％的电解质以使其能够从空气中吸附游离水分子。
本发明的第二个目的是将上述纤维状湿度电池应用到纤维制备领域。
本发明的第三个目的是将上述纤维状湿度电池应用到智能可穿戴服领域。
有益效果：
(1)本发明得到的纤维状湿度电池，通过结合作为阳极的导电纤维、电解质以及作为阴极的导电材料，最终得到能够从空气中结合游离水从而在阴阳两极产生电势差的湿度电池。
(2)本发明得到的纤维状湿度电池，还具有柔韧性较好的特性，可以实现与织物通过织造方式与穿戴服装结合的目的。
附图说明
图1为采用实施例中方案1得到的纤维状湿度电池。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解实施例是为了更好地解释本发明，不用于限制本发明。
响应电压测试方法：在室温(25℃)时，采用德34461A台式万用表测试空气电池在环境湿度为RHJ33％和RH98％时，正负两极之间的响应电压。
实施例1
以铜丝为阳极纤维，导电涤纶纤维为阴极纤维，含聚甲基丙烯酸钠的羟乙基纤维素为电解质，聚甲基丙烯酸钠添加量为羟乙基纤维素质量的1.0％；
在铜丝表面涂覆1.0％聚甲基丙烯酸钠的羟乙基纤维素，然后在电解质层外表面包缠导电涤纶，裸露比例为10％，制得纤维状湿度电池样品1，其性能见表1。
实施例2
参照实施例1，将阳极纤维替换为银丝、碳纤维或导电涤纶纤维，其余条件不变，制得纤维状湿度电池样品2、3、4，各样品性能见表1。
实施例3
参照实施例1，将阴极纤维替换为碳纤维、铜丝或导电涤纶纤维，同时，改性盐更换为 1.0％氯化钠，其余条件不变，制得纤维状湿度电池样品5、6、7，各样品性能见表1。
实施例4
参照实施例1，将阴极纤维替换为碳纤维，不添加改性盐，其余条件不变，制得纤维状湿度电池样品8，各样品性能见表1。
实施例5
参照实施例1，将电解质替换为聚乙烯醇，不添加改性盐，其余条件不变，制得纤维状湿度电池样品8，各样品性能见表1。
实施例6
参照实施例1，将电解质替换为聚乙烯醇，其余条件不变，制得纤维状湿度电池样品9，各样品性能见表1。
实施例7
参照实施例1，将电解质替换为聚乙烯醇，不添加改性盐，其余条件不变，制得纤维状湿度电池样品10，各样品性能见表1。
实施例8
参照实施例1，改性盐添加量为0.1％、2％、4％，其余条件不变，制得纤维状湿度电池样品11、12、13，各样品性能见表1。
表1不同方案构建的纤维状湿度电池在33％及98％湿度下的响应电压
Figure BDA0003547299860000031
Figure BDA0003547299860000041
根据表1可知，采用铜纤维作为阳极、经聚甲基丙烯酸钠改性的羟甲基纤维素作为电解质层，导电涤纶纤维作为阴极，纤维电池的柔韧性较好，在RH98％湿度时的响应电压为0.55V。继续增加聚甲基丙烯酸钠的添加比例，对纤维电池的响应电压没有显著影响。

Claims (10)

1.一种纤维状湿度电池，其特征在于，所述纤维状湿度电池是将导电纤维作为电池的阴阳极，含有盐的亲水性物质作为电解质层。
2.根据权利要求1所述纤维状湿度电池，其特征在于，在阳极导电纤维表面涂覆电解质层，然后在电解质层外表面包缠或涂覆阴极导电纤维。
3.根据权利要求1所述纤维状湿度电池，其特征在于，所述阳极导电纤维为铜丝、银丝或涤纶导电纤维。
4.根据权利要求1所述纤维状湿度电池，其特征在于，所述阴极导电纤维为铜丝、银丝或涤纶导电纤维。
5.根据权利要求1所述纤维状湿度电池，其特征在于，所述电解质层的电解质为羟乙基纤维素。
6.根据权利要求1所述纤维状湿度电池，其特征在于，所述电解质层的电解质为加入聚甲基丙烯酸钠作为离子供体的羟乙基纤维素。
7.根据权利要求1所述纤维状湿度电池，其特征在于，所述导电纤维的直径为0.05-1.0mm。
8.根据权利要求1～7任一所述纤维状湿度电池，其特征在于，所述阴极的导电纤维通过包缠或涂覆的方式结合于电介质层外表面，裸露10％～90％的电解质层以使其能够从空气中吸附游离水分子。
9.权利要求8所述纤维状湿度电池在纤维制备领域的应用。
10.权利要求8所述纤维状湿度电池在智能可穿戴服装领域的应用。
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