CN205488234U

CN205488234U - 一种发电结构及电子设备

Info

Publication number: CN205488234U
Application number: CN201620023176.3U
Authority: CN
Inventors: 杨久霞; 白峰
Original assignee: Zhejiang Luyuan Electric Vehicle Co Ltd
Current assignee: BOE Technology Group Co Ltd; Zhejiang Luyuan Electric Vehicle Co Ltd
Priority date: 2016-01-11
Filing date: 2016-01-11
Publication date: 2016-08-17
Anticipated expiration: 2026-01-11

Abstract

本实用新型的实施例提供一种发电结构及电子设备，涉及电子设备制造领域，通过使用该发电结构可提高电子设备的续航能力。该发电结构包括：形变单元和发电单元；其中，所述形变单元包括导电聚合物膜层，所述导电聚合物膜层中包括电解质离子；所述发电单元，用于在机械力的作用下输出电压，其中，所述形变单元形变时对所述发电单元产生所述机械力。用于小型化电子设备。

Description

一种发电结构及电子设备

技术领域

本实用新型涉及电子设备制造领域，尤其涉及一种发电结构及电子设备。

背景技术

目前，电子设备的续航能力都靠其自身配置的电池，随着电子设备的小型化例如手机，智能穿戴产品，由于其体积小，为了节省空间，其电池的体积相应的也很小，这就导致目前电子产品的续航能力都较差。

以智能穿戴产品为例，随着智能穿戴产品的应用，消费者逐渐从对智能穿戴产品的功能需求转变为对其续航能力的要求。

然而，目前的大多数智能穿戴产品，其续航能力都较差，用户体验不足。

实用新型内容

本实用新型的实施例提供一种发电结构及电子设备，通过使用该发电结构可提高电子设备的续航能力。

为达到上述目的，本实用新型的实施例采用如下技术方案：

第一方面，提供一种发电结构，包括形变单元和发电单元；其中，所述形变单元包括导电聚合物膜层，所述导电聚合物膜层中包括电解质离子；所述发电单元，用于在机械力的作用下输出电压，其中，所述形变单元形变时对所述发电单元产生所述机械力。

在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述导电聚合物膜层的材料包括聚(3,4-乙烯二氧噻吩)/聚(苯乙烯磺酸)、聚对苯乙烯、聚吡咯、聚噻吩类、聚硅烷类、三苯甲烷类、三芳胺类、吡唑啉类中的至少一种。

在第一方面的第二种可能的实现方式中，所述发电单元包括发电膜层、分别位于所述发电膜层靠近和远离所述形变单元的两侧表面的电极、与所述电极连接的电极引线、以及覆盖所述电极的绝缘层；其中，所述发电膜层包括压电材料。

结合第一方面的第二种可能的实现方式，在第三种可能的实现方式中，所述发电膜层的材料为有机压电材料或复合压电材料；其中，当所述发电膜层的材料为复合压电材料时，所述发电膜层包括有机聚合物基底和嵌入其内的压电晶体或压电陶瓷。

结合第一方面的第二种可能的实现方式，在第四种可能的实现方式中，所述电极的材料包括金属、金属氧化物、纳米碳中的至少一种。

结合第一方面以及第一方面的第一到第四种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，所述发电结构为柔性结构。

结合第一方面以及第一方面的第一到第四种可能的实现方式，在第六种可能的实现方式中，所述形变单元与所述发电单元接触。

结合第一方面的第六种可能的实现方式，在第七种可能的实现方式中，所述形变单元与所述发电单元直接接触。

结合第一方面的第六种可能的实现方式，在第八种可能的实现方式中，所述发电结构还包括基体，所述基体位于所述形变单元和所述发电单元之间，且所述形变单元和所述发电单元均与所述基体接触。

结合第一方面的第八种可能的实现方式，在第九种可能的实现方式中，所述基体的材料为热塑性聚氨酯弹性体橡胶、热塑性硫化硅胶、热塑性硫化橡胶、热塑性弹性体、热塑性聚烯烃类、液态硅橡胶、固态硅橡胶中的一种。

第二方面，提供一种电子设备，包括电子设备本体，以及第一方面中的任一种发电结构，所述发电结构用于向所述电子设备本体发电。

在第二方面的第一种可能的实现方式中，所述发电结构中的形变单元设置在所述电子设备的，与使用者的皮肤接触的一侧。

本实用新型的实施例提供一种发电结构及电子设备，通过使形变单元产生形变，而对发电单元产生机械力，以使发电单元在该机械力的作用下而输出电压，从而实现发电功能。当将发电结构应用于电子设备时，便可提高其续航能力，从而提高用户体验。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1a为本实用新型实施例提供的一种发电结构的示意图一；

图1b为本实用新型实施例提供的一种发电结构的示意图二；

图2为基于图1a的一种发电结构的具体结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种柔性的发电结构示意图；

图4a为本实用新型实施例提供的一种发电结构的示意图三；

图4b为本实用新型实施例提供的一种发电结构的示意图四；

图5为基于图4a的一种发电结构的具体结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的一种智能穿戴产品的结构示意图。

附图标记：

01-发电结构；02-智能穿戴产品本体；10-形变单元；20-发电单元；201-发电膜层；202-电极；203-电极引线；204-绝缘层；30-基体。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例提供一种发电结构，如图1a和图1b、图4a和图4b所示，该发电结构01包括：形变单元10和发电单元20；其中，形变单元10包括导电聚合物膜层，导电聚合物膜层中包括电解质离子；发电单元20，用于在机械力的作用下输出电压，其中，形变单元10形变时对发电单元20产生所述机械力。

本实用新型实施例中，由于导电聚合物膜层中的导电聚合物材料，在潮湿的环境下，其内部电解质离子会发生定向移动，从而可以带动导电聚合物膜层收缩变形，考虑到可以将电子设备尤其是智能穿戴产品与人体皮肤接触，而依靠人体皮肤的汗液便可为该导电聚合物膜层提供潮湿的环境。

需要说明的是，第一，由于本实用新型的发电结构01的作用是发电，因此，对于形变单元10，本领域技术人员应该明白，其应该是在不需要电的情况下，便可以产生形变。

第二，对于发电单元20的结构和材料，以能在形变单元10形变时对该发电单元20产生的挤、压、拉、伸等机械力的作用下输出电压为准。

本实用新型实施例提供一种发电结构01，通过使形变单元10产生形变，而对发电单元20产生机械力，以使发电单元20在该机械力的作用下而输出电压，从而实现发电功能。当将该发电结构01应用于电子设备时，便可提高其续航能力，从而提高用户体验。

在发电单元20两侧均设置形变单元10的情况下，考虑到在发电结构01应用于电子设备尤其是手机、智能穿戴产品等小型化电子设备的情况下，受限于其结构，可能不太容易使发电单元20两侧的形变单元10均产生形变，因此，本实用新型实施例优选所述发电结构01为如图1a或如图4a所示的结构，即形变单元10只形成在发电单元20的一侧。

考虑到导电聚合物膜层在空气或潮湿的环境下的稳定性以及成膜性，本实用新型实施例优选所述导电聚合物膜层的材料包括聚(3,4-乙烯二氧噻吩)/聚(苯乙烯磺酸)、聚对苯乙烯、聚吡咯、聚噻吩类、聚硅烷类、三苯甲烷类、三芳胺类、吡唑啉类中的至少一种。

优选的，如图2和图5所示，发电单元20包括发电膜层201、分别位于发电膜层201靠近和远离形变单元10的两侧表面的电极202、与电极202连接的电极引线203、以及覆盖电极202的绝缘层204；其中，发电膜层201包括压电材料。

本实用新型实施例中，当使发电膜层201包括压电材料时，基于形变单元10在形变时对发电单元20产生的机械力，会使发电膜层201产生形变，而使带电质点发生相对位移，在发电膜层201表面出现正负电荷，从而使其两端产生电势差。

在此基础上，通过设置在发电膜层201表面的电极202以及与电极202连接的电极引线203，便可将上述电势差收集并导出，以电压形成输出。通过将电极引线203与待充电部件相连，便可实现对待充电部件的充电。

此外，设置绝缘层204可对电极202进行保护，以避免电极202上的电荷受到外界影响而出现电荷损失和干扰现象。

需要说明的是，本实用新型实施例中，不对所述电极202与电极引线203的连接方式进行限定，只要能使二者相连即可。

此外，由于电极引线203的作用是将上述电压输出到待充电部件，因此，电极引线203需从绝缘层204穿出，且根据需要合理设置穿出部分的长度。

进一步优选的，发电膜层201的材料为有机压电材料或复合压电材料；其中，当发电膜层201的材料为复合压电材料时，发电膜层201包括有机聚合物基底和嵌入其内的压电晶体或压电陶瓷。

具体的，当发电膜层201的材料为有机压电材料时，例如可以采用偏聚氟乙烯制备得到发电膜层201。

当发电膜层201的材料为复合压电材料时，可以采用在有机聚合物基底材料中嵌入片状、棒状、杆状、或粉末状压电晶体或压电陶瓷制备得到发电膜层201，例如可以嵌入钛酸钡系以及偏铌酸钾钠(Na_0.5·K_0.5·NbO₃)、偏铌酸锶钡(Ba_x·Sr_1-x·Nb₂O₅)等偏铌酸盐系压电陶瓷，也可以嵌入石英晶体、镓酸锂、锗酸锂、锗酸钛以及铁晶体管铌酸锂、钽酸锂等压电晶体。

其中，对于所述压电晶体，由于其是非中心对称晶体，在机械力作用下，内部会产生极化现象，使带电质点发生相对位移，在晶体表面上产生符号相反的电荷，从而在压电晶体极轴两端产生电势差。当机械力去掉后，又恢复到不带电状态。

对于所述压电陶瓷，在机械力作用下，内部正负电荷中心发生相对位移而引起极化，在陶瓷表面上产生符号相反的束缚电荷，从而在其两端产生电势差。

优选的，电极202的材料包括金属、金属氧化物、纳米碳中的至少一种。

在此基础上，对于电极引线203，其可以是导线，也可以是采用导电银浆线。

基于上述，考虑到当发电结构01应用于电子设备尤其是智能穿戴产品时，该发电结构01可能会与皮肤接触，例如设置在腕带结构上，因此，优选发电结构01为柔性结构，以保证使用者的舒适性。

即，如图3所示，发电结构01可以任意弯曲。

基于上述，形变单元10与发电单元20接触。

此处，只要能将形变单元10形变时产生的机械力传导到发电单元20，以使该发电单元20在机械力的作用下输出电压即可，因而，形变单元10与发电单元20可直接接触也可非直接接触。

进一步的，如图1a、图1b和图2所示，形变单元10可以与发电单元20直接接触。

当然，如图4a、图4b和图5所示，所述发电结构01还可以包括基体30，基体30位于形变单元10和发电单元20之间，且形变单元10和发电单元20均与基体30接触。

此处，通过设置基体30，并依靠基体30的柔韧度可控制发电结构01整体的柔韧度，这样通过合理选择基体30的材料，便可使发电结构01满足其应用要求，从而可扩大该发电结构01的应用范围。

需要说明的是，根据基体30的材料，可合理设置其厚度，以不影响形变单元10形变时对发电单元20产生机械力为准。

进一步的，考虑到将发电结构01制作成柔性结构时，其应用范围更广，因此，本实用新型实施例优选基体30的材料可以为热塑性聚氨酯弹性体橡胶、热塑性硫化硅胶、热塑性硫化橡胶、热塑性弹性体、热塑性聚烯烃类、液态硅橡胶、固态硅橡胶中的一种。

当采用上述材料作为基体材料时，其成型工艺可采用注塑工艺、模压、注射等工艺。

本实用新型实施例还提供一种电子设备，包括电子设备本体，以及上述的发电结构01，所述发电结构01用于向电子设备本体发电。

以电子设备为智能穿戴产品为例，如图6所示，该智能穿戴产品包括智能穿戴产品本体02和发电结构01，所述发电结构01用于向智能穿戴产品本体02发电。

需要说明的是，图6仅示意性的绘示出将发电结构01设置在智能穿戴产品的腕带上，但本实用新型实施例并不限于此，根据智能穿戴产品的类型的不同，发电结构01可以设置在任意位置，只要能向智能穿戴产品本体02发电即可。

为了给该导电聚合物膜层提供潮湿的环境，优选将形变单元10设置在所述电子设备的与使用者的皮肤接触的一侧。这样，便可依靠人体皮肤的汗液便可为该导电聚合物膜层提供潮湿的环境。

基于上述，考虑到目前智能穿戴产品应用较为广泛且其续航能力较差，因此，优选所述电子设备为智能穿戴产品。

其中，本实用新型实施例中，智能穿戴产品可以为智能手表、智能手环等智能穿戴产品。

本实用新型实施例还提供一种发电结构的制备方法，参考图1a和图1b所示的发电结构01，该方法包括如下步骤：

S10、形成用于在机械力的作用下输出电压的发电单元20。

S11、在发电单元20的表面，形成用于产生形变并将形变时产生的机械力作用在发电单元20的形变单元10，形变单元10包括导电聚合物膜层，且导电聚合物膜层中包括电解质离子。

此处，以能最大化的将形变单元10形变时产生的机械力作用在发电单元20上，从而使发电单元20输出电压为准。

本实用新型实施例中，通过使形变单元10产生形变，而对发电单元20产生机械力，以使发电单元20在该机械力的作用下而输出电压，从而实现发电功能。

本实用新型实施例优选将形变单元10只形成在发电单元20的一侧表面。

优选的，如图2所示，形成发电单元20包括如下步骤：

S20、形成发电膜层201，该发电膜层201包括压电材料。

S21、在发电膜层201靠近和远离形变单元10的两侧表面，分别形成电极202。

S22、形成分别与电极202连接的电极引线203。

S23、形成覆盖电极202的绝缘层204。

其中，发电膜层201的材料可以为有机压电材料或复合压电材料；当发电膜层201的材料为复合压电材料时，发电膜层201包括有机聚合物基底和嵌入其内的压电晶体或压电陶瓷。

具体的，当发电膜层201的材料为有机压电材料，例如为偏聚氟乙烯时，发电膜层201可通过拉膜固化工艺制备得到。当然，也可以采用旋涂、印刷等成膜工艺制备得到。

当发电膜层201的材料为复合压电材料时，发电膜层201可通过在有机聚合物基底材料中嵌入片状、棒状、杆状、或粉末状压电晶体或压电陶瓷制备得到。例如可以嵌入钛酸钡系以及偏铌酸钾钠(Na_0.5·K_0.5·NbO₃)、偏铌酸锶钡(Ba_x·Sr_1-x·Nb₂O₅)等偏铌酸盐系压电陶瓷。也可以嵌入石英晶体、镓酸锂、锗酸锂、锗酸钛以及铁晶体管铌酸锂、钽酸锂等压电晶体。

电极202的材料包括金属、金属氧化物、纳米碳中的至少一种。

具体的，当电极202的材料为金属和/或金属氧化物时，电极202可通过溅射工艺制备得到。

当电极202的材料为纳米碳时，可以使用拉膜及固化工艺，也可以采用贴合工艺将纳米碳材料贴合固化在发电膜层201的表面。

电极引线203，可以是导线，也可以是采用导电银浆线。

绝缘层204可采用涂布工艺制备得到。

在此基础上，通过在发电膜层201表面形成电极202以及与电极202连接的电极引线203，便可将上述电势差收集并导出，以电压形成输出。通过将电极引线203与待充电部件相连，便可实现对待充电部件的充电。绝缘层204可对电极202进行保护。

优选的，在发电单元20的表面形成形变单元10可以通过如下两种方式实现。

方式一，包括如下步骤：

S30、将导电聚合物材料采用涂布、固化工艺制作成导电聚合物膜层。

S31、在导电聚合物膜层上制作粘结剂层。

其中，在导电聚合物膜层上制作粘结剂层后，可以先在该粘结剂层上贴附保护膜，以保护粘结剂层的粘性。当在进行下述步骤S32前，可以将该保护膜撕掉。

S32、将导电聚合物膜层与发电单元20对位，并将导电聚合物膜层上的粘结剂层面向发电单元20进行贴合，使导电聚合物膜层形成在发电单元20的一侧表面。

方式二，包括如下步骤：

S40、制备导电聚合物溶液，该导电聚合物溶液包括导电聚合物、溶剂和树脂。

其中，导电聚合物溶液中导电聚合物的含量可以为40％～85％wt，溶剂的含量可以为20％～60％wt，树脂的含量可以为5％～15％wt。

需要说明的是，上述导电聚合物、溶剂以及树脂的含量均为重量百分比。

导电聚合物可以包括聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)、聚对苯乙烯、聚吡咯、聚噻吩类、聚硅烷类、三苯甲烷类、三芳胺类、吡唑啉类中的至少一种。

溶剂可以包括酮、酯、醚、脂肪烃、环烷烃类化合物、芳香烃中的至少一种。

树脂可以包括丙烯酸树脂、环氧丙烯酸树脂共聚物中的至少一种。

S41、将导电聚合物溶液涂布在发电单元20一侧的表面。

S42、对导电聚合物溶液进行固化，形成导电聚合物膜层。

本实用新型实施例还提供另一种发电结构的制备方法，参考图4a和图4b所示的发电结构01，该方法包括如下步骤：

S50、形成用于在机械力的作用下输出电压的发电单元20。

S51、在发电单元20的表面形成基体30。

其中，基体30的材料可以为热塑性聚氨酯弹性体橡胶、热塑性硫化硅胶、热塑性硫化橡胶、热塑性弹性体、热塑性聚烯烃类、液态硅橡胶、固态硅橡胶中的一种。

S52、在基体30远离发电单元20一侧的表面，形成用于产生形变并将形变时产生的机械力作用在发电单元20的形变单元10，形变单元10包括导电聚合物膜层，且导电聚合物膜层中包括电解质离子。

本实用新型实施例优选将形变单元10只形成在发电单元20的一侧。

优选的，发电单元20可以为如图5所示的结构，基于此，形成发电单元20可参考上述S20-S23的步骤。

优选的，在基体30远离发电单元20一侧的表面形成形变单元10可以通过如下两种方式实现。

方式一，包括如下步骤：

S60、将导电聚合物材料采用涂布、固化工艺制作成所述导电聚合物膜层。

S61、在导电聚合物膜层上制作粘结剂层。

S62、将导电聚合物膜层与基体30对位，并将导电聚合物膜层上的粘结剂层面向基体30进行贴合，使导电聚合物膜层形成在基体30远离发电单元20一侧的表面。

方式二，包括如下步骤：

S70、制备导电聚合物溶液，该导电聚合物溶液包括导电聚合物、溶剂和树脂。

S71、将导电聚合物溶液涂布在基体30的远离发电单元20一侧的表面。

S72、对导电聚合物溶液进行固化，形成导电聚合物膜层。

基于上述，优选的，所述发电单元20可以在基体30形成时，通过嵌件成型工艺，使基体30形成在发电单元20的表面。

需要说明的是，在导电聚合物膜层制备好后，还可以在其表面通过涂布固化工艺形成非致密性的保护膜，以防止导电聚合物膜层的机械损伤。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种发电结构，其特征在于，包括：形变单元和发电单元；

所述形变单元包括导电聚合物膜层，所述导电聚合物膜层中包括电解质离子；

所述发电单元，用于在机械力的作用下输出电压，其中，所述形变单元形变时对所述发电单元产生所述机械力。

2.根据权利要求1所述的发电结构，其特征在于，所述导电聚合物膜层的材料包括聚(3,4-乙烯二氧噻吩)/聚(苯乙烯磺酸)、聚对苯乙烯、聚吡咯、聚噻吩类、聚硅烷类、三苯甲烷类、三芳胺类、吡唑啉类中的一种。

3.根据权利要求1所述的发电结构，其特征在于，所述发电单元包括发电膜层、分别位于所述发电膜层靠近和远离所述形变单元的两侧表面的电极、与所述电极连接的电极引线、以及覆盖所述电极的绝缘层；

其中，所述发电膜层包括压电材料。

4.根据权利要求3所述的发电结构，其特征在于，所述发电膜层的材料为有机压电材料或复合压电材料；

其中，当所述发电膜层的材料为复合压电材料时，所述发电膜层包括有机聚合物基底和嵌入其内的压电晶体或压电陶瓷。

5.根据权利要求3所述的发电结构，其特征在于，所述电极的材料包括金属、金属氧化物、纳米碳中的一种。

6.根据权利要求1-5任一项所述的发电结构，其特征在于，所述发电结构为柔性结构。

7.根据权利要求1-5任一项所述的发电结构，其特征在于，所述形变单元与所述发电单元接触。

8.根据权利要求7所述的发电结构，其特征在于，所述形变单元与所述发电单元直接接触。

9.根据权利要求7所述的发电结构，其特征在于，所述发电结构还包括基体，所述基体位于所述形变单元和所述发电单元之间，且所述形变单元和所述发电单元均与所述基体接触。

10.根据权利要求9所述的发电结构，其特征在于，所述基体的材料为热塑性聚氨酯弹性体橡胶、热塑性硫化硅胶、热塑性硫化橡胶、热塑性弹性体、热塑性聚烯烃类、液态硅橡胶、固态硅橡胶中的一种。

11.一种电子设备，包括电子设备本体，其特征在于，还包括权利要求1-10任一项所述的发电结构，所述发电结构用于向所述电子设备本体发电。

12.根据权利要求11所述的电子设备，其特征在于，所述发电结构中的形变单元设置在所述电子设备的，与使用者的皮肤接触的一侧。