本发明专利技术提供了一种基于炭黑−石墨烯/水性聚氨酯涂料复合导电薄膜的海水发电装置及其制备方法和应用。本发明专利技术具体是先将水性聚氨酯涂料分散成分散液，然后将石墨烯和炭黑与之混合进行分散；再将混合好的分散液涂在基体上，自然干燥，制得负载炭黑−石墨烯/水性聚氨酯涂料的复合导电薄膜，进而组装成海水发电装置。本发明专利技术充分利用了在海水冲刷复合导电薄膜时产生的界面电荷传输，实现电流和电压信号的输出。当海水冲刷薄膜时便形成由海水组成的发电装置。本发明专利技术所述的发电装置制备方法简单，成本低，可大面积制备，性能优良，可应用在海岸线，礁石，船体，海岛等发电方面，提高了对海洋固有资源的应用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于新材料技术以及新能源
，具体涉及一种基于炭黑石墨烯/水性聚氨酯涂料复合导电薄膜的海水发电装置及其制备方法和应用。
技术介绍
流水发电技术于1989年就已经提出来了，现如今已经成为一种切实可行的新能源技术，属于一种可开发利用的清洁自然能源。是集船舶与海洋、机械加工、自动控制与电力等工程领域的技术于一体的高新科技产品，是当前有待重点研究和开发的新能源技术之一。但是由于其需要在河流或海上建立流水发电站，这便限制了其在实际应用中的发展。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供了一种基于炭黑石墨烯/水性聚氨酯涂料复合导电薄膜的海水发电装置及其制备方法和应用，本专利技术可以获得制备方法简单、性能稳定好、成本低、重量轻以及导电率在较大范围内可调的复合导电薄膜。将其用在薄膜发电的装置上，这有利于促进该领域的工业化生产，更有利于新能源行业的发展；而且本专利技术制备方法简单，制得的导电装置性能稳定好，成本低，操作简单的优点，因此具有重要的实用价值和经济价值。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：一种基于炭黑石墨烯/水性聚氨酯涂料复合导电薄膜的海水发电装置的制备方法，它包括以下步骤：（1）将水性聚氨酯涂料分散在分散剂中，配制水性聚氨酯涂料的分散液；（2）将石墨烯和炭黑的混合粉末分散到步骤（1）所述水性聚氨酯涂料的分散液中，分散使之形成稳定的分散液；（3）将步骤（2）中稳定的分散液涂在基体上，自然干燥，形成基于炭黑石墨烯/水性聚氨酯涂料的复合导电薄膜；（4）将两个电极分别连接在所述炭黑石墨烯/水性聚氨酯涂料复合导电薄膜的上、下两端，并用乙烯醋酸乙烯共聚物热封，制得所述发电装置。进一步的：所述步骤（1）中的分散剂为乙醇、N，N-二甲基甲酰胺、水、丙酮或乙醇胺中的一种或几种。进一步的：所述步骤（1）分散液中水性聚氨酯涂料的质量体积比为0.001～0.023g/mL。进一步的：所述步骤（2）中石墨烯和炭黑的混合粉末占分散后形成的总物质的质量分数为30%～95%。进一步的：所述步骤（2）中石墨烯和炭黑的质量比为石墨烯：炭黑=1～9 :1。进一步的：所述步骤（3）中的基体为玻璃、钛片或铝片PET中的一种或几种。本专利技术还提供了所制备得到的基于炭黑石墨烯/水性聚氨酯涂料复合导电薄膜。本专利技术进一步提供了利用所述的制备方法所制得的基于炭黑石墨烯/水性聚氨酯涂料复合导电薄膜的海水发电装置。进一步的：在海水冲刷薄膜条件下产生的电流信号范围为-50～200微安，电压信号范围为-0.5～4毫伏。本专利技术还提供了所述的基于炭黑石墨烯/水性聚氨酯涂料复合导电薄膜的海水发电装置在制备用于海洋中的电池组件和发电站中的应用。与现有技术相比，本专利技术的优点和技术效果是：石墨烯具有优异的导电、导热和力学性能，可作为制备高强导电复合材料的理想纳米填料。同时石墨烯可吸附海水中的钠离子形成双电层电容，输出电流电压信号。而且，当海水冲刷薄膜时，在移动的气液界面处的双电层对附近钠离子的吸附要高于氯离子。这导致了界面处的钠离子不能及时被氯离子复合。所以钠离子从石墨烯中得到的电子要多于平衡双电层时，导致了气液界面处的局部空穴和电位的升高。较高的局部电位驱动界面处的空穴由边界迁移到空穴浓度较低的溶液中的炭黑石墨烯/水性聚氨酯涂料复合导电薄膜上。将其覆盖到海岸，礁石，船体等上，当海水不断的冲刷薄膜时会产生电流电压信号。本专利技术充分利用了上述优点，并进行合理的元素配比设计，优化炭黑，石墨烯和水性聚氨酯涂料的比例，提高炭黑石墨烯/水性聚氨酯涂料复合薄膜的导电性和稳定性。由此所制备的炭黑石墨烯/水性聚氨酯涂料复合导电薄膜具有制备方法简单，性能稳定好，成本低，导电性好，重量轻以及导电率在较大范围内可调的特点。所制备的发电装置结构简易、可操作性好、性能优良。可大范围用于海岸线，海岛，礁石上的发电装置。附图说明图1是本专利技术所述的炭黑石墨烯/水性聚氨酯涂料复合导电薄膜的发电机理示意图，分别说明了海水冲击和海水退去时的发电机理图。图2是当海水冲刷本专利技术所述的炭黑石墨烯/水性聚氨酯涂料复合导电薄膜时所产生的电流曲线（a）和电压（b）。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术的技术方案作进一步详细的说明。实施例1本专利技术提供的基于炭黑石墨烯/水性聚氨酯涂料的复合导电薄膜的海水发电装置，它的制备方法包括以下步骤：（1）将一定质量的水性聚氨酯涂料分散到蒸馏水中，配制质量体积比为0.001～0.023g/mL的水性聚氨酯涂料的分散液。（2）将石墨烯和炭黑的混合粉末分散到步骤（1）中的水性聚氨酯涂料的分散液中，所述石墨烯和炭黑的混合粉末的质量占分散到分散液中形成的总物质的质量分数为40%，，并通过超声分散使之形成稳定的分散液；其中石墨烯和炭黑的质量比为2:1。（3）将步骤（2）中制得的稳定的分散液涂在基体上，在空气中自然干燥，形成基于炭黑石墨烯/水性聚氨酯涂料的复合导电薄膜；本专利技术中所述基体为玻璃、钛片、铝片、PET等其中的一种或几种。（4）将两个电极分别连接在炭黑石墨烯/水性聚氨酯涂料复合导电薄膜的上、下两端，并用乙烯醋酸乙烯共聚物热封，制得所述海水发电装置。并采用电化学方法检测当海水冲刷炭黑石墨烯/水性聚氨酯涂料复合导电薄膜时所产生的电信号。通过本专利技术的上述制备方法，可获得在模拟海水冲刷薄膜时的电流信号范围为-50～200微安，电压信号范围为-0.5～4毫伏。本专利技术所述的海水发电装置可作为电池组件应用于海洋及电站等方面。如图1所示，本专利技术基于炭黑石墨烯/水性聚氨酯涂料复合导电薄膜的发电装置的发电原理的介绍：石墨烯可吸附海水中的钠离子形成双电层电容，输出电流电压信号。而且，当海水冲刷薄膜时，在移动的气液界面处的双电层对附近钠离子的吸附要高于氯离子。这导致了界面处的钠离子不能及时被氯离子复合。所以钠离子从石墨烯中得到的电子要多于平衡双电层时，导致了气液界面处的局部空穴和电位的升高。较高的局部电位驱动界面处的空穴由边界迁移到空穴浓度较低的溶液中的炭黑石墨烯/水性聚氨酯涂料复合导电薄膜上。当海水不断的冲刷薄膜时会产生电流电压信号。将薄膜浸入到海水中，吸附钠离子的石墨烯薄膜为正极，氯离子扩散层为负极。移动边界的双电层可看做一系列相等间隔的并联的电容器（C1～Cn）.浸入的石墨烯部分示为一系列的串联电阻△R1～△Rn作为正极，溶液部分的△R1′～△Rn′作为负极。将双电层的长度等分成钠离子浓度均匀的n个部分。当石墨烯插入海水中时，在移动界面的电容Cn要高于其他已浸入海水中的C1～Cn-1。而且此时的移动界面具有高的电荷和电压值。此时，为了和海水中的电容C1～Cn-1保持平衡，移动界面的电容Cn将会释放其电荷，形成电流和电压。当海水由薄膜上退去时，产生相反方向的电流电压信号。如图2所示，当模拟海水冲刷炭黑石墨烯/水性聚氨酯涂料复合导电薄膜时所产生的电流信号为-30～150微安，电压信号范围为-0.1～2毫伏。以上实施例仅用以说明本专利技术的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本专利技术进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于炭黑−石墨烯/水性聚氨酯涂料复合导电薄膜的海水发电装置的制备方法，其特征在于它包括以下步骤：（1）将水性聚氨酯涂料分散在分散剂中，配制水性聚氨酯涂料的分散液；（2）将石墨烯和炭黑的混合粉末分散到步骤（1）所述水性聚氨酯涂料的分散液中，分散使之形成稳定的分散液；（3）将步骤（2）中稳定的分散液涂在基体上，自然干燥，形成基于炭黑−石墨烯/水性聚氨酯涂料的复合导电薄膜；（4）将两个电极分别连接在所述炭黑−石墨烯/水性聚氨酯涂料复合导电薄膜的上、下两端，并用乙烯−醋酸乙烯共聚物热封，制得所述发电装置。
【技术特征摘要】
1.一种基于炭黑−石墨烯/水性聚氨酯涂料复合导电薄膜的海水发电装置的制备方法，其特征在于它包括以下步骤：（1）将水性聚氨酯涂料分散在分散剂中，配制水性聚氨酯涂料的分散液；（2）将石墨烯和炭黑的混合粉末分散到步骤（1）所述水性聚氨酯涂料的分散液中，分散使之形成稳定的分散液；（3）将步骤（2）中稳定的分散液涂在基体上，自然干燥，形成基于炭黑−石墨烯/水性聚氨酯涂料的复合导电薄膜；（4）将两个电极分别连接在所述炭黑−石墨烯/水性聚氨酯涂料复合导电薄膜的上、下两端，并用乙烯−醋酸乙烯共聚物热封，制得所述发电装置。2.根据权利要求1所述的基于炭黑−石墨烯/水性聚氨酯涂料复合导电薄膜的海水发电装置的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中的分散剂为乙醇、N，N-二甲基甲酰胺、水、丙酮或乙醇胺中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的基于炭黑−石墨烯/水性聚氨酯涂料复合导电薄膜的海水发电装置的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）分散液中水性聚氨酯涂料的质量体积比为0.001～0.023g/mL。4.根据权利要求1所述的基于炭黑−石墨烯/水性聚氨酯涂料复合导电薄膜的海水发电...
【专利技术属性】
技术研发人员：唐群委，张洪娜，贺本林，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：山东;37
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