自充电布及采用该自充电布发电的方法技术

本发明专利技术涉及电子领域，公开了一种自充电布及采用该自充电布发电的方法。其中，该自充电布包括编织在一起的摩擦发电机部分和电容器部分，其中所述摩擦发电机部分用于将人体运动过程中的机械能转化为电能，并输出电信号；以及所述电容器部分用于存储所述摩擦发电机部分输出的电信号。通过使用本发明专利技术上述的自充电布及方法，能够利用柔软可穿戴的布料将人体运动的机械能转化为电能，并存储该电能，从而实现对可穿戴电子设备的持续供电。

Self charging cloth and method for generating electricity using the same

The invention relates to the field of electronics, and discloses a self charging cloth and a method for generating electricity by using the self charging cloth. Among them, the self charging cloth woven friction generator part and includes a capacitor part together, wherein the friction generator part for human motion in the process of mechanical energy into electrical energy, and the output signal; and the capacitor for storing the signal output of the generator of friction part. Through the use of self charging cloth and the method of the invention described above, can use soft cloth to wearable motion mechanical energy into electrical energy, and stores the electric energy, so as to realize the continuous supply of wearable electronic devices.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电子领域，具体地，涉及一种自充电布及采用该自充电布发电的方法。
技术介绍
可穿戴设备多功能化是未来电子的发展趋势，具有巨大的市场需求。然而，目前使用的电池电源容量有限、体积大、质量重、且不能变形弯曲，成为可穿戴设备发展的瓶颈。近来，已经有一些线状柔性锂离子电池和超级电容器的报道。在这些报道中，导电的纤维电极通常使用金属线、纺丝制备的碳纳米管纤维或者石墨烯纤维、碳纤维或者涂敷碳材料的织物纤维。但是上述这些方法不能同时满足纤维电极的以下要求：(1)轻质；(2)低成本；(3)柔韧且易于纺织；(4)高导电性。此外，对于工作环境的能量收集，现有技术通常包括的是压电发电、热电发电、电磁发电和摩擦发电等，尚没有关于通过纤维布料式发电机对人体运动能进行收集以及利用纤维储能设备存储电能的记载。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种自充电布及采用该自充电布发电的方法，以解决现有技术中存在的问题。为了实现上述目的，本专利技术提供一种自充电布，自充电布包括编织在一起的摩擦发电机部分和电容器部分，其中所述摩擦发电机部分用于将人体运动过程中的机械能转化为电能，并输出电信号；以及所述电容器部分用于存储所述摩擦发电机部分输出的电信号。本专利技术还提供一种采用上述自充电布发电的方法，其中，布料与所述自充电布的所述摩擦发电机部分接触/分离往复运动，在所述摩擦发电机部分产生电能；或者，所述摩擦发电机部分与人体皮肤相对运动，或两个所述摩擦发电机部分之间相对运动，在所述摩擦发电机部分产生电能；或者，所述摩擦发电机部分弯曲变形，在所述摩擦发电机部分产生电能。通过上述技术方案，将本专利技术上述的自充电布用于织造衣物，由此可以通过自充电布中的摩擦发电机部分将人体运动的机械能转化为电能并输出电信号，通过所述电容器部分用于存储所述摩擦发电机部分输出的电信号，从而实现对可穿戴电子设备的持续供电。本专利技术的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1是根据本专利技术一种实施方式的自充电布的电路连接示意图；图2是根据本专利技术一种实施方式的自充电布的摩擦发电机部分的结构示意图；图3是示出了根据本专利技术一种实施方式的自充电布的电容器部分的电化学性能的图；图4是示出了根据本专利技术一种实施方式的自充电布的电容器部分的串并联测试的示意图；图5是示出了根据本专利技术一种实施方式的自充电布的电容器部分的柔性测试的示意图；图6是示出了根据本专利技术一种实施方式的镀有金属镍膜的布料或线的电阻随布料或线的长度变化的示意图；图7是根据本专利技术一种实施方式的自充电布的摩擦发电机部分的工作原理图；图8是示出了根据本专利技术一种实施方式的自充电布的摩擦发电机部分工作时的开路电压和短路电流的示意图；以及图9是示出了根据本专利技术一种实施方式的在不同运动频率下摩擦发电机部分对电容器部分的充电曲线以及对应的1μA电流的放电曲线。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。图1是根据本专利技术一种实施方式的自充电布的电路连接示意图。如图1所示，本专利技术一种实施方式提供的自充电布包括编织在一起的摩擦发电机部分10和电容器部分20，其中，所述摩擦发电机部分10用于将人体运动过程中的机械能转化为电能，并输出电信号；以及所述电容器部分20用于存储所述摩擦发电机部分输出的电信号。其中，所述电容器部分20中存储的电信号可以用于为与其连接的可穿戴电子设备30供电。通过将本专利技术上述的自充电布用于织造衣物，由此可以通过自充电布中的摩擦发电机部分将人体运动的机械能转化为电能并输出电信号，通过所述电容器部分用于存储所述摩擦发电机部分输出的电信号，从而实现对可穿戴电子设备的持续供电(只要存在人体运动，就可以不断地将机械能转换为可供使用的电能)。根据本专利技术一种实施方式，该自充电布还包括整流桥40，连接在所述摩擦发电机部分10与所述电容器部分20之间，用于将所述摩擦发电机部分10输出的电信号整流为直流电信号。从而实现对电容器部分20的充电。根据本专利技术一种实施方式，所述摩擦发电机部分10包括输出所述电信号的第一电极101和第二电极102，所述第一电极101为镀有金属膜的布料或线，而所述第二电极102为依次镀有金属膜和高分子膜的布料或线。其中，所述第一电极101和所述第二电极102相互交叉编织，优选垂直交叉编织。例如，将多个所述第一电极101纵向排列，并将多个所述电极102相对于所述多个第一电极101横向交叉编织(如图2所示，图2是根据本专利技术一种实施方式的自充电布的摩擦发电机部分的结构示意图)，反之亦然。多个第一电极101通过导线连在一起作为一个独立的第一电极101，类似地，多个第二电极102通过导线连在一起作为一个独立的第二电极102。第一电极101与第二电极102的排布原则是确保二者之间不短路。根据本专利技术一种实施方式，所述电容器部分20包括两个电极和分别包覆所述两个电极以使所述两个电极绝缘的固态电解质层，所述电极包括柔性基底、形成在所述柔性基底表面的电极材料层。其中，所述分别包覆有固态电解质层的两个电极相互缠绕或并排放置。本专利技术中的电容器部分20具有良好的电化学性能，图3是示出了根据本专利技术一种实施方式的自充电布的电容器部分的电化学性能的图。图3中的(a)示出了电容器部分20在0-0.8V之间内进行不同扫描速率的循环伏安测试结果。循环伏安曲线的扫描速率最高可达1V/s，且保持接近矩形的形状，由此可以表明电容器部分20为双电层电容器，且具有良好的快速充放电性能。如图3中的(b)所示，电容器部分20在0-0.8V之间恒流充放电最快仅需要约1s的时间。如图3中的(c)所示，当充放电电流为0.1A/cm3时，放电电容为8.9mF/cm(56.4mF/cm2)，当增加电流密度10倍至1A/cm3时，放电容量为5mF/cm(31.8mF/cm2)。此外，如图3中的(d)所示，电容器部分20具有稳定的循环性能，在0.2A/cm3电流下充放电循环10000次，电容保持率为96％。其中，可以通过将不同数量的电容器部分20进行串并联来调控电压或电流。例如，图4中的(a)是1至5个电容器部分20串联后的充放电曲线，可以最高增加电压至4V。图4中的(b)为1至5个电容器部分20并联后的循环伏安曲线，可以线性增加电流。根据本专利技术一种实施方式，所述电极材料层包括在所述柔性基底表面依次形成的金属膜和石墨烯膜。其中，所述柔性基底为布料或线。例如，所述布料或线可以为聚酯纤维线(或布)、棉线(或布)、尼龙线(或布)等等，本专利技术不限于此。在采用例如聚酯纤维线的情况下，线的直径范围例如可以为20μm至5cm。在本专利技术中，由于电容器部分20采用布料或线作为基底，因此，本专利技术提供的电容器部分20具有良好的柔性。如图5中的(a)和(b)所示，电容器部分20在弯曲角度为30、60、90、180度下的循环伏安曲线几乎没有变化。如图5中(c)和(d)所示，经过1000次180°循环弯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自充电布，其中，该自充电布包括编织在一起的摩擦发电机部分和电容器部分，其中，所述摩擦发电机部分用于将人体运动过程中的机械能转化为电能，并输出电信号；以及所述电容器部分用于存储所述摩擦发电机部分输出的电信号。

【技术特征摘要】
1.一种自充电布，其中，该自充电布包括编织在一起的摩擦发电机部分和电容器部分，其中，所述摩擦发电机部分用于将人体运动过程中的机械能转化为电能，并输出电信号；以及所述电容器部分用于存储所述摩擦发电机部分输出的电信号。2.根据权利要求1所述的自充电布，其中，该自充电布还包括整流桥，连接在所述摩擦发电机部分与所述电容器部分之间，用于将所述摩擦发电机部分输出的电信号整流为直流电信号。3.根据权利要求1或2所述的自充电布，其中，所述摩擦发电机部分包括输出所述电信号的第一电极和第二电极，所述第一电极为镀有金属膜的布料或线，而所述第二电极为依次镀有金属膜和高分子膜的布料或线。4.根据权利要求3所述的自充电布，其中，所述第一电极和所述第二电极相互交叉编织。5.根据权利要求1至4中任一项所述的自充电布，其中，所述电容器部分包括两个电极和分别包覆所述两个电极以使所述两个电极绝缘的固态电解质层，所述电极包括柔性基底、形...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒲雄，李林宣，刘萌萌，胡卫国，王中林，
申请(专利权)人：北京纳米能源与系统研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11