柔性混合能量生成和存储电源单元制造技术

一种装置，包括：分离器/电解质组件(304)；第一能量存储部分(304/306)，设置在分离器/电解质组件(304)的第一表面上；第二能量存储部分(304/308)，设置在分离器/电解质组件(304)的第二表面上；第一金属化压电膜(310)，设置在第一能量存储部分(304/306)上；以及第二金属化压电膜(312)，设置在第二能量存储部分(304/308)上。当向第一金属化压电膜(310)施加力时，压电效应将机械应力转换为电势，并且每个能量存储部分都存储在第一能量存储部分(304/306)和第二能量存储部分(304/308)中转换的能量，用于随后从第一能量存储部分(304/306)和第二能量存储部分(304/308)向电子设备释放。

【技术实现步骤摘要】
柔性混合能量生成和存储电源单元本申请是申请日为2015年09月03日、申请号为201580048023.2的专利技术专利申请的分案申请。
本文公开的示例性和非限制性实施例总体上涉及电子设备和方法，并且更具体地，涉及生成和存储能量的电子混合电源设备。特定的实施例及其各个方面涉及便携式电子设备，其中采用能量的可再生和可持续源。
技术介绍
能量收集是从外部源(例如，太阳能或动能)得到能量、捕获能量并进行存储来用于各种设备的随后使用的处理。可使用存储能量的设备通常包括小型独立设备，诸如可佩戴电子产品和传感器网络。这些设备可以是有线或无线的。
技术实现思路
以下总结仅仅是示例性的。该总结不用于限制权利要求的范围。根据一个方面，一种装置包括：分离器/电解质组件；第一能量存储部分，设置在分离器/电解质组件的第一表面上；第二能量存储部分，设置在分离器/电解质组件的第二表面上；第一金属化压电膜，设置在第一能量存储部分上；以及第二金属化压电膜，设置在第二能量存储部分上。当向第一金属化压电膜施加力时，压电效应将机械应力转换为电势并且每个能量存储部分都存储在第一能量存储部分和第二能量存储部分中转换的能量，用于随后从第一能量存储部分和第二能量存储部分向电子设备的释放。根据另一方面，一种方法包括：在装置中生成电压，该装置包括分离器/电解质组件、设置在分离器/电解质组件的第一表面上的第一能量存储部分、设置在分离器/电解质组件的第二表面上的第二能量存储部分、设置在第一能量存储部分上的第一金属化压电膜和设置在第二能量存储部分上的第二金属化压电膜。当向第一金属化压电膜施加力时，压电效应将机械应力转换为电势，并且每个能量存储部分都存储在第一能量存储部分和第二能量存储部分中转换的能量，并且从第一能量存储部分和第二能量存储部分向电子设备释放存储的能量。根据另一方面，一种用于操作混合电源设备的装置包括：用于在混合电源设备中生成电压的装置；用于存储在混合电源设备中生成的能量的装置；以及用于从用于存储能量的装置向电子设备释放存储能量的装置。用于操作混合电源设备的装置可以包括用于控制所存储能量的释放的装置。附图说明结合附图，在以下描述中说明前述方面和其他特征，其中：图1是现有技术的锂离子电池结构的组件的立体图；图2是现有技术的柔性织物的组件的示意图；图3A是超级电容器形式的混合电源设备的示意图；图3B是图3A的超级电容器的等效充电电路的示意图；图4A是实施为超级电容器的柔性混合电化学单元的示意图；图4B是实施为混合锂电池的混合电源设备的示意图；图5A是原型混合超级电容器的电容行为的循环伏安图；图5B是原型混合超级电容器的充电和放电曲线的图形表示；图6A是组装为不锈钢钱币形单元的混合超级电容器的部件的分解立体图；图6B是安装在用户的鞋中的不锈钢钱币形单元的示意图；以及图7是收集和存储能量用于电子设备的随后使用的方法的流程图。具体实施方式动能收集是从诸如人类运动的移动、低频地震振动或者由于声噪声而导致的薄膜移动中捕获能量或者从周围环境源(诸如热、光或水流)得到的移动中捕获能量的环境友好方式。所捕获的能量随后被存储来用于随后的使用，例如存储在可充电电池中。通常，用于对可充电电池进行充电的能量来自于使用AC电力的电池充电器。然而，对于一些应用来说，电池可充电会存在困难或者是不可能的。即使不存在所捕获的能量，能量收集也可用作用于在紧急情况下提供能量的方式，例如作为传统备份电源的可选方式。本文公开的各种示例性实施例的目的在于提供一种便携式和可佩戴电子设备，其基于从周围环境源中收集的可再生和可持续能量进行操作。这种便携式和可佩戴电子设备包括但不限于手持移动设备和/或可佩戴设备，诸如电话、相机、电视、视频/音频设备、导航设备、游戏设备、消息传送设备、网络浏览器、前述设备的组合等。对使用这些设备的阻碍在于用于存储所收集能量的电池的大小和重量。参照图1，以100总体示出现有技术的锂离子电池结构的组件，并且下文称为“电池100”。在电池100中，阳极层102和阴极层104设置在分离层106的相对侧上。阳极层102和阴极层104由有效电极材料以及薄的柔性金属箔形式的支持电流收集器组成。在电池100中，阳极层102是涂覆在铜箔上的碳膜，并且阴极层104是涂覆在铝箔上的锂金属氧化物膜。从相应材料的线轴(spool)馈送用于阳极层102、阴极层104和分离层106的材料，并且使用压轮108进行组装来形成电池100作为单一层110。参照图2，以200总体示出现有技术的柔性织物的组装，并且下文称为“织物200”。织物200是集成的薄膜织物叠件，包括能量释放层202，在能量释放层202上设置有可充电能量存储层204。任选的充电/放电层206可以设置在可充电能量存储层204上。可充电能量存储层204(或者可充电能量存储层204与任选的光学充电/放电层206组合)能够接收来自外部源的周围势能222，并且将接收到的能量转换为电能，在织物200的内部存储电能，并且以不同的方式释放电能作为能量224。参照图3A至图6，本专利技术的示例性实施例的目的在于提供一种混合电源设备，其可用于生成和存储能量。这些混合电源设备是电化学单元(例如，电池或超级电容器)，其包括通过注入有电解质的分离器分离的两个电流收集器和电极。这种设备的一个实施例通过在电流收集器中集成有能量收集层来提供一种自充电电池或超级电容器。能量收集层可以是电池或超级电容器的不可分离的内部部件，并且如此实施具有能量收集和能量存储的混合功能的整体设备。在使用能量收集层来从移动中收集能量的过程中，可以依赖于压电效应。压电效应采用其中机械应力被转换为电场的材料，该电场又被用于创建电流或电压，由此在一个结构中提供充电和存储能力。大多数压电电源产生豪瓦特数量级的电力，这通常不足以用于大多数系统应用，但是足以用于一些种类的无线独立设备和自供电机械传感器。在本文公开的混合电源设备的示例性实施例中，一个或两个电流收集器由薄且柔性的金属化聚偏氟乙烯(PVDF)膜组成，其具有使用机械应力能量来分离电荷并且如此生成的电荷随后被存储在能量存储单元中的能力。金属化PVDF膜具有两个功能：将机械应力转换为电能(PVDF层)和用作电流收集器(金属层)。当设备被机械压缩或弯曲或以其他方式曲折时，电流收集器上的PVDF膜经历应变力，从而生成用作电荷泵的压电电势来对电化学单元进行充电。通过将金属化PVDF用作电流收集器而不是将PVDF用作电化学单元中的分离器(如现有技术所描述的)，两个PVDF层可以集成到该结构中，这会使得充电效应加倍。可以使用传统的电池和超级电容器电极和处理方法，这总体上简化了制造处理，促进了实践应用，并且有利于总体成本有效性。在图3A至图6B所示的混合电源设备的制造中，制造过程类似于传统电池或超级电容器的制造，除了金属箔电流收集器变为金属化压电膜。没有额外的步骤来将电池连接至压电层，然后与图2所示织物200一样，将电池和压电层层压到一起。顶部和底部电极层上的两个外部金属电极可以用二极管309连接。这可以在卷对卷式(roll-to-roll)层压之后进行。这可以简化制造并降低制造成本。由于压电层可以直接沉积在电池或超级电容器的电流收集器上，所以所收集的能量可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于生成和存储能量的装置，包括：分离器/电解质组件；第一能量存储部分，被设置在所述分离器/电解质组件的第一表面上；第二能量存储部分，被设置在所述分离器/电解质组件的第二表面上；第一金属化压电膜，被设置在所述第一能量存储部分上；以及第二金属化压电膜，被设置在所述第二能量存储部分上；其中响应于向所述第一金属化压电膜施加力，压电效应将机械应力转换为电势并且每个能量存储部分均存储所述第一能量存储部分和所述第二能量存储部分中转换的能量；其中所述装置进一步包括被连接在所述第一金属化压电膜和所述第二金属化压电膜之间的二极管。

【技术特征摘要】
2014.09.08 US 14/479,7161.一种用于生成和存储能量的装置，包括：分离器/电解质组件；第一能量存储部分，被设置在所述分离器/电解质组件的第一表面上；第二能量存储部分，被设置在所述分离器/电解质组件的第二表面上；第一金属化压电膜，被设置在所述第一能量存储部分上；以及第二金属化压电膜，被设置在所述第二能量存储部分上；其中响应于向所述第一金属化压电膜施加力，压电效应将机械应力转换为电势并且每个能量存储部分均存储所述第一能量存储部分和所述第二能量存储部分中转换的能量；其中所述装置进一步包括被连接在所述第一金属化压电膜和所述第二金属化压电膜之间的二极管。2.根据权利要求1所述的装置，其中每个能量存储部分存储在所述第一能量存储部分和所述第二能量存储部分中转换的所述能量以用于从所述第一能量存储部分和所述第二能量存储部分向电子设备释放。3.根据权利要求1所述的装置，其中所述二极管是与所述装置集成的膜。4.根据权利要求1所述的装置，其中所述二极管被外部地连接至所述第一金属化压电膜和所述第二金属化压电膜。5.根据权利要求1所述的装置，其中所述分离器/电解质组件包括其中注入有液体电解质的聚合物结构。6.根据权利要求5所述的装置，其中所述聚合物结构包括聚丙烯，并且所述液体电解质包括四氟硼酸盐。7.根据权利要求5或6所述的装置，其中所述液体电解质包括四乙铵四氟硼酸盐。8.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一能量存储部分和所述第二能量存储部分中的至少一个包括活性碳。9.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一能量存储部分包括第一活性碳层，并且所述第二能量存储部分包括第二活性碳层。10.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一金属化压电膜和所述第二金属化压电膜均包括PVDF层，在所述PVDF层的相对侧上沉积有铝。11.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一能量存储...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘英麟，Z·拉迪沃杰维克，P·安德鲁，D·科顿，
申请(专利权)人：诺基亚技术有限公司，
类型：发明
国别省市：芬兰,FI