一种碳纳米管飞轮以及飞轮电池制造技术

本发明专利技术公开的一种碳纳米管飞轮以及飞轮电池，涉及飞轮储能技术领域，包括飞轮盘体，所述飞轮盘体全部或者轮缘部分采用碳纳米管基材质制成。碳纳米管作为一维纳米材料，具有重量轻、强度高的特点。当所述飞轮盘体采用了碳纳米管基材质来制造的话，便可以通过碳纳米管的超高强度来提高飞轮结构的环向抗拉强度,抵抗飞轮高速旋转的时候产生的离心力，为飞轮盘体的转速提供更高的极限数值，进而获得更高的储能密度和功率密度。

A kind of carbon nanotube flywheel and flywheel battery

The invention discloses a carbon nanotube flywheel and a flywheel battery, which involves the field of flywheel energy storage technology, including a flywheel body, all of which the flywheel body or the flange part is made of a carbon nanotube base material. Carbon nanotubes, as one dimensional nanomaterials, are characterized by light weight and high strength. When the flywheel body is made with a carbon nanotube base material, the circumferential tensile strength of the flywheel structure can be enhanced by the ultra high strength of the carbon nanotube to resist the centrifugal force produced when the flywheel is rotating at high speed, providing a higher limit value for the rotating speed of the flywheel, and thus obtaining higher energy storage density and a higher density of energy. Power density.

【技术实现步骤摘要】
一种碳纳米管飞轮以及飞轮电池
本专利技术涉及飞轮储能系统,尤其是涉及一种碳纳米管飞轮以及飞轮电池。
技术介绍
如何高效地将电能储存起来,一直是人类社会关注的重大课题。目前商业化的储电装置几乎都是各种化学蓄电池,但是它们一直无法摆脱化学电池固有的弊病能量密度小、污染大、寿命短等缺陷。因此,近年来物理储电装置受到了科技界的广泛重视,其中飞轮电池(也有称飞轮储能装置)由于具有比能量高、比功率大、体积小、充电快(以分钟计,而化学电池以小时计)、寿命长、无任何废气废料污染等特点显现出了巨大的优势飞轮储能系统利用电动发电两用电机来实现充电和放电。充电时,该电机机作为电动机使用,带动飞轮转动放电时,该电机作为发电机使用,飞轮减速,把动能转化为电能释放出去。经过对现有的飞轮的工作过程研究表明，飞轮在应用于机械能量储存的过程中，其储能密度是其性能的主要衡量指标。对于相同形状的飞轮，其所能够储存的最大能量密度与飞轮材料的比强度成正比。储能飞轮在高速旋转时,承受着很大离心力,离心力在飞轮的外缘最大，所以飞轮的外边缘的材料的比强度往往决定了飞轮电池的储能密度。最常见的飞轮是钢材制作的,钢制飞轮因为材料的强度所限,其最高线速度有一个临界值,超过临界值时,飞轮将会开裂,而产生安全隐患。普通钢制飞轮的线速度低、储能密度也低，仅为39Wh/kg。为了获取高转速,存储更多的能量,轻质高强度材料,例如碳纤维、玻璃纤维的复合飞轮被引入按强度与模量由飞轮内圈到外圈递增的顺序缠绕成飞轮,纤维之间填充合成树脂作为粘结剂。目前最好的飞轮是由碳纤维T1000复合材料制成，储能密度可以达到596Wh/kg。但是，随着人类社会的发展，现有的飞轮已经无法满足更高能量密度存储装置的需求，所以，能够研制出一种超高存储能量密度的飞轮，是本领域急需解决的技术问题。
技术实现思路
为了克服已有飞轮电池的飞轮的强度无法满足超高速旋转需要的不足,本专利技术提供一种碳纳米管飞轮以及飞轮电池。本专利技术提供的一种碳纳米管飞轮，包括中央设置有通孔的飞轮盘体，所述飞轮盘体全部或者轮缘部分采用碳纳米管材质制成。在上述技术方案中，对所述飞轮盘体的轮缘部分进行改进，采用了全新的碳纳米管基材质来制造，因为，碳纳米管是迄今为止人类发现的最强的纤维材料(拉伸强度超越100GPa,比强度超过62.5GPa/(g/cm3))的特点，其拉伸强度超越碳纤维和超强钢的数十倍，密度仅为钢的1/6。当所述飞轮盘体采用了碳纳米管基材质来制造的话，便可以通过碳纳米管的超高强度来提高飞轮结构的环向抗拉强度,抵抗飞轮高速旋转的时候产生的离心力，为飞轮盘体的转速提供更高的极限数值，进而获得更高的储能密度和功率密度。进一步的，在本专利技术的实施例中，所述飞轮盘体包括轮毂、轮辐和轮缘；所述轮毂设置在所述轮缘的中央，所述轮辐连接在所述轮毂和所述轮缘之间；所述通孔设置在所述轮毂的中央。进一步的，在本专利技术的实施例中，所述轮缘包括轮缘芯和缠绕在所述轮缘芯上的碳纳米管基材质。进一步的，在本专利技术的实施例中，所述轮辐包括轮辐芯和缠绕在所述轮辐芯上的碳纳米管基材质。进一步的，在本专利技术的实施例中，所述轮毂包括轮毂芯和缠绕在所述轮毂芯上的碳纳米管基材质。进一步的，在本专利技术的实施例中，所述碳纳米管基材质包括单根碳纳米管、碳纳米管管束、碳纳米管纤维、碳纳米管纤维复合材料、碳纳米管条带或者碳纳米管膜中的一种或任意组合。进一步的，在本专利技术的实施例中，所述碳纳米管基材质上涂覆有粘接剂。进一步的，在本专利技术的实施例中，所述粘接剂包括合成树脂。进一步的，在本专利技术的实施例中，所述碳纳米管基材质沿所述飞轮盘体的周向缠绕在所述轮缘芯上。本专利技术还提供了一种飞轮电池，包括上述所述的飞轮。在上述技术方案中，所述飞轮电池采用了上述所述的飞轮，该飞轮对飞轮盘体的轮缘部分进行改进，采用了全新的碳纳米管基材质来制造，因为，碳纳米管是迄今为止人类发现的最强的纤维材料(拉伸强度超越100GPa,比强度超过62.5GPa/(g/cm3))的特点，其拉伸强度超越碳纤维和超强钢的数十倍，密度仅为钢的1/6。当所述飞轮盘体采用了碳纳米管基材质来制造的话，便可以通过碳纳米管的超高强度来提高飞轮结构的环向抗拉强度,抵抗飞轮高速旋转的时候产生的离心力，为飞轮盘体的转速提供更高的极限数值，进而获得更高的储能密度和功率密度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，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1为本专利技术一个实施例提供的碳纳米管飞轮的第一结构示意图；图2为本专利技术一个实施例提供的碳纳米管飞轮的第二结构示意图；图3为本专利技术一个实施例提供的碳纳米管飞轮的第三结构示意图；图4为本专利技术一个实施例提供的碳纳米管飞轮的第四结构示意图。附图标记：1-轮毂；2-轮辐；3-轮缘；4-通孔；5-碳纳米管基材质；11-轮毂芯；21-轮辐芯；31-轮缘芯。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。经过对现有的飞轮的工作过程研究表明，飞轮在应用于机械能量储存的过程中，其储能密度是其性能的主要衡量指标。对于相同形状的飞轮，其所能够储存的最大能量密度与飞轮材料的比强度成正比。储能飞轮在高速旋转时,承受着很大离心力,离心力在飞轮的外缘最大，所以飞轮的外边缘的材料的比强度往往决定了飞轮电池的储能密度。而本申请便是通过采用了一种全新的材料在飞轮的制造上，以有效的提高了飞轮轮缘3的比强度，进而提高飞轮在机械能量储存过程中的储能密度。图1为本专利技术一个实施例提供的碳纳米管飞轮的第一结构示意图；图2为本专利技术一个实施例提供的碳纳米管飞轮的第二结构示意图；如图1和图2所示，本实施例提供的一种碳纳米管飞轮，包括中央设置有通孔4的飞轮盘体，所述飞轮盘体全部或者轮缘3部分采用碳纳米管基材质制成。所以说，上述技术方案中是对所述飞轮盘体的轮缘3部分进行改进，采用了全新的碳纳米管基材质来制造，因为，碳纳米管作为一维纳米材料，具有重量轻、强度高(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳纳米管飞轮，其特征在于，包括中央设置有通孔(4)的飞轮盘体，所述飞轮盘体全部或者轮缘(3)部分采用碳纳米管基材质(5)制成。

【技术特征摘要】
1.一种碳纳米管飞轮，其特征在于，包括中央设置有通孔(4)的飞轮盘体，所述飞轮盘体全部或者轮缘(3)部分采用碳纳米管基材质(5)制成。2.根据权利要求1所述的碳纳米管飞轮，其特征在于，所述飞轮盘体包括轮毂(1)、轮辐(2)和轮缘(3)；所述轮毂(1)设置在所述轮缘(3)的中央，所述轮辐(2)连接在所述轮毂(1)和所述轮缘(3)之间；所述通孔(4)设置在所述轮毂(1)的中央。3.根据权利要求2所述的碳纳米管飞轮，其特征在于，所述轮缘(3)包括轮缘芯(31)和缠绕在所述轮缘芯(31)上的碳纳米管基材质(5)。4.根据权利要求2所述的碳纳米管飞轮，其特征在于，所述轮辐(2)包括轮辐芯(21)和缠绕在所述轮辐芯(21)上的碳纳米管基材质(5)。5.根据权利要求2所述的碳纳米管飞轮...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏飞，白云祥，张申力，申博渊，朱振兴，高俊，李邦昊，岳鸿杰，王屹翀，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11