一种机电耦合微能源发电装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种机电耦合微能源发电装置，该装置包括相对设置的上电极板、下电极板以及设置在上电极板与下电极板之间的至少一层能量采集转换单元，所述的上电极板与下电极板的外表面上还分别设有上封装树脂膜及下封装树脂膜，其中，所述的能量采集转换单元包括具有凹凸褶皱结构的高分子膜以及铺覆在高分子膜一面上的导电层，所述的高分子膜未铺覆导电层的自由面沉积有电荷层；所述的能量采集转换单元的层数≥2时，相邻两能量采集转换单元之间还设有中间电极板。与现有技术相比，本实用新型专利技术整体结构简单、紧凑，制备成本低，具有优异的机电耦合性能，设计灵活性好，使用范围广。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于新能源
，涉及一种发电装置，尤其是涉及一种机电耦合微能源发电装置。
技术介绍
能量采集，也称为能量俘获，是指将周围环境能量捕获并转变为电能的过程。而通过能量采集器(亦称为微能量发电机)获得的电能通常作为低功耗器件的能源以实现器件的自驱动。虽然，目前仍旧可以利用传统的电池来给电子器件提供电能，但是当无线传感网络节点数目巨大或安置在偏远和环境恶劣地区，或器件植入生物和建筑物体内，这样以来，电池的更换将成为高成本甚至不可能完成的工作。因此，低功耗器件的自驱动成为当下亟待解决的问题之一。而从环境中收集能量的微能量发电机为自驱动器件提供了一个可能的绿色电源解决方案。此外，通过采集动物的运动能并将其转换成电能，进而为野生动物监测传感器提供能源，而采集到的人体运动能可为可穿戴式电子设备提供能源。从原理上讲，微能量发电机与宏观能源发电机(例如水利发电机)没有区别，但是微能量发电机特指能够收集传统废弃的能源(例如人体运动能、环境振动能、噪声等等)，产生微瓦至毫瓦量级电能的装置。
技术实现思路
本技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种结构简单、紧凑，经济实用，输出功率大的机电耦合微能源发电装置。本技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种机电耦合微能源发电装置，该装置包括相对设置的上电极板、下电极板以及设置在上电极板与下电极板之间的至少一层能量采集转换单元，所述的上电极板与下电极板的外表面上还分别设有上封装树脂膜及下封装树脂膜，其中，所述的能量采集转换单元包括具有凹凸褶皱结构的高分子膜以及铺覆在高分子膜一面上的导电层，所述的高分子膜未铺覆导电层的自由面沉积有电荷层。所述的能量采集转换单元的层数≥2时，相邻两能量采集转换单元之间还设有中间电极板。所述的电荷层的面密度为0.1-1.0mC/m2。所述的高分子膜为聚丙烯膜、聚碳酸脂膜、聚甲基丙烯酸甲酯膜、氟化乙丙烯共聚物膜或聚四氟乙烯膜中的一种。所述的导电层为金属导电层、金属合金导电层或有机导电层中的一种。所述的金属导电层为金属铝层、金属铜层或金属银层中的一种。所述的有机导电层为碳纳米管层或石墨烯层。所述的能量采集转换单元的层数≥2时，各能量采集转换单元中的高分子膜的自由面上沉积的电荷层极性相同。所述的上电极板、下电极板及中间电极板为铝电极板或铜电极板中的一种。本技术中，所述的高分子膜采用吹塑、流延、吸塑或模压等工艺制备而成；所述的高分子膜的自由面在沉积电荷时，可采用电晕极化法、接触充电法、离子注入法或电子束注入法来完成。采用本技术微能源发电装置，能够实现机械能和电能之间的转换，可应用于智能服装、环境振动能量采集器、生物动能能量采集器、声电传感器、机器人肌肤、智能结构等领域，还可以安装在机器、高速公路、座椅、地板、建筑物等的体表或体内收集振动能，也可用于海浪发电，亦可穿戴于生物体用于生物运动能量的收集。与现有技术相比，本技术具有以下特点：1)整体结构简单、紧凑，制备成本低，装置具有优异的机电耦合性能；2)整体厚度较小，设计灵活性好，可根据不同的工况条件进行相应的结构改进，使用范围广，可以应用于智能服装、环境振动能量采集器、生物动能能量采集器、声电传感器、机器人肌肤、智能结构等领域；3)本技术微能源发电装置的结构设计能够将廉价的原材料转变成具有高附加值的机电换能材料。附图说明图1为实施例1微能源发电装置结构示意图；图2为实施例2微能源发电装置结构示意图；图中标记说明：1—上封装树脂膜、2—上电极板、3—电荷层、4—高分子膜、5—导电层、6—下电极板、7—下封装树脂膜、8—中间电极板。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本技术进行详细说明。实施例1：如图1所示，一种机电耦合微能源发电装置，该装置包括相对设置的上电极板2、下电极板6以及设置在上电极板2与下电极板6之间的一层能量采集转换单元，上电极板2与下电极板6的外表面上还分别设有上封装树脂膜1及下封装树脂膜7，其中，能量采集转换单元包括具有凹凸褶皱结构的高分子膜4以及铺覆在高分子膜4一面上的导电层5，高分子膜4未铺覆导电层5的自由面沉积有电荷层3。本实施例中，电荷层3的面密度为0.1mC/m2，高分子膜4为聚丙烯膜，导电层5为金属铝层，上电极板2与下电极板6均为铝电极板。实施例2：如图2所示，一种机电耦合微能源发电装置，该装置包括相对设置的上电极板2、下电极板6以及设置在上电极板2与下电极板6之间的至两层能量采集转换单元，两能量采集转换单元还设有中间电极板8，上电极板2与下电极板6的外表面上还分别设有上封装树脂膜1及下封装树脂膜7，其中，能量采集转换单元包括具有凹凸褶皱结构的高分子膜4以及铺覆在高分子膜4一面上的导电层5，高分子膜4未铺覆导电层5的自由面沉积有电荷层3。本实施例中，两能量采集转换单元中的高分子膜4的自由面上沉积的电荷层3极性相同，电荷层3的面密度为1.0mC/m2，高分子膜4为聚碳酸脂膜，导电层5为金属铜层，上电极板2与下电极板6均为铜电极板。实施例3：(1)首先用模压方法在100℃和2MPa压力下，将聚丙烯制成有表面凸起的高分子膜4，该高分子膜4的厚度为0.02mm，凸起部分高度为0.5mm；(2)用真空蒸镀方法在高分子膜4的一面覆盖100nm厚的导电层5(为金属铝层)；(3)裁剪直径为20mm的圆形膜片；(4)通过未覆导电层5面朝向负离子源(负离子的浓度为500万/cm3)的方法，使高分子膜4自由面上沉积0.6mC/m2的电荷层3；(5)把步骤(4)获得的带有负电荷层3的高分子膜4夹在两个厚度为1mm的上电极板2与下电极板6之间；(6)在上电极板2与下电极板6的外表面上分别覆盖上封装树脂膜1和下封装树脂膜7(均为PET保护膜)；(7)从上电极板2与下电极板6上分别引出电极导线，即制得本实施例微能量发电装置。当负载电阻为7.3M欧姆，振动频率200Hz，施加的力的有效值为0.5N时，本实施例微能量发电装置的输出功率为10μW。实施例4：(1)首先用真空吸塑方法在100℃下将0.02mm厚的聚丙烯膜制成有表面凸起的高分子膜4，凸起部分高度为0.5mm；(2)用真空蒸镀方法在高分子膜4一面覆盖100nm厚的导电层5(为金属铝层)；(3)步骤(2)获得的膜片裁剪成直径为20mm的两圆形膜片；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机电耦合微能源发电装置，其特征在于，该装置包括相对设置的上电极板(2)、下电极板(6)以及设置在上电极板(2)与下电极板(6)之间的至少一层能量采集转换单元，所述的上电极板(2)与下电极板(6)的外表面上还分别设有上封装树脂膜(1)及下封装树脂膜(7)，其中，所述的能量采集转换单元包括具有凹凸褶皱结构的高分子膜(4)以及铺覆在高分子膜(4)一面上的导电层(5)，所述的高分子膜(4)未铺覆导电层(5)的自由面沉积有电荷层(3)。

【技术特征摘要】
1.一种机电耦合微能源发电装置，其特征在于，该装置包括相对设置的上电
极板(2)、下电极板(6)以及设置在上电极板(2)与下电极板(6)之间的至少
一层能量采集转换单元，所述的上电极板(2)与下电极板(6)的外表面上还分别
设有上封装树脂膜(1)及下封装树脂膜(7)，其中，所述的能量采集转换单元包
括具有凹凸褶皱结构的高分子膜(4)以及铺覆在高分子膜(4)一面上的导电层(5)，
所述的高分子膜(4)未铺覆导电层(5)的自由面沉积有电荷层(3)。
2.根据权利要求1所述的一种机电耦合微能源发电装置，其特征在于，所述
的能量采集转换单元的层数≥2时，相邻两能量采集转换单元之间还设有中间电极
板(8)。
3.根据权利要求1所述的一种机电耦合微能源发电装置，其特征在于，所述
的电荷层(3)的面密度为0.1-1.0mC/m2。
4.根据权利要求1所述的一种机电耦合微能源发电装置，其特征在于，所述
的高分子膜(4)为聚丙烯膜、聚碳酸脂膜...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓英，张轶材，
申请(专利权)人：上海驻极新材料科技有限公司，
类型：新型
国别省市：上海;31