大气电力收集装置和方法制造方法及图纸

一种用于从大气中收集电力的装置包括：收集元件，其适于从大气中汲取电力；导电元件，其电连接到收集元件，该导电元件用于将由收集元件收集的电力传输到输出端；以及支撑构件，其能够将收集元件保持在升高的位置，其中导电元件包括至少部分沿其长度延伸的复合结构，该复合结构包括包含石墨烯的第一层。

Atmospheric power collection device and method

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】大气电力收集装置和方法
本专利技术涉及装置，特别是用于从大气中收集电力的电力收集装置。
技术介绍
目前，大量资源花费在开发能源生产和采集方法，以提高效率。特别令人感兴趣的是对发电的研究。现有技术通常可分为两类：不可再生资源(诸如发电厂中的煤燃烧)以及可再生能源(诸如使用风力涡轮机转换风能或使用太阳能电池)。一个共同特征在于，前述方法均通过从其他能源(例如化学能、动能或热能)转换而产生电力。因此，这些方法在效率上固有地受到转换能量形式时出现的能量损失的限制。可再生能源也往往具有附加缺点，因为它们很少产生连续能量。例如，太阳能板通过太阳能或光能产生电能，但在云层下或夜间无法有效运行。同样，风力涡轮机依赖于速度在最小极限和最大极限之间的风，后者是为了避免损坏涡轮机。水电大坝(通常提供更为连续的电力生产)的电力生产仍然可受限于上游降雨的缺乏。因此，提供更加持续和/或当条件意味着现有方法可无法提供电力供应时能够提供电力供应的来源是有利的。存在的潜在能源为地球大气内的大气电力。这种大气电力可来自几种来源，包括：1)进入地球大气并使空气分子电离的宇宙射线；2)太阳风(或来自太阳的带电粒子)也可进入地球的高层大气并引起空气分子电离；3)形成离子的放射性元素的自然衰变；4)由于空气分子通过地球磁场的移动而发生的电磁生成；5)通过上升和下降的冰和冰雹晶体的碰撞产生的静电，以及6)由于水分子(例如在云中)倾向于将自身排列成较重的负载电子端部朝下而造成的势能积累。已做出一些努力以收集这种电力，但在进入大气的这些部分以及将电流传输回地表或地面方面出现困难，特别是考虑到所涉及的长距离。需要改进技术，以及特别是布线和能量传递方法。
技术实现思路
本专利技术的一个方面提供用于从大气中收集电力的装置，该装置包括适于从大气中汲取电力的收集元件、电连接到收集元件用于将由收集元件收集的电力传输到输出端的导电元件，以及能够将收集元件保持在升高的位置的支撑构件。导电元件包括至少部分沿其长度延伸的复合结构，该复合结构包括包含石墨烯的第一层。因此，实施方案提供用于从大气中收集或汲取静电(更具体地，电流)的电力收集或采集装置。该装置包括适于从大气中汲取或收集以闪电或静电形式的电力的收集元件，以及电连接或附接到收集元件用于将由收集元件收集的电力(即电流)传递/传输到输出端(例如用于存储装置或传递到外电路或系统)的导电构件或元件。因此，导电构件可在收集元件和输出端(例如，位于地面上)之间延伸，并且用作电缆或导线管，以将由收集装置收集的电力传输到输出端。该装置还包括能够将收集元件保持在高处或处于升高的位置的支撑元件，使得在使用时支撑元件将收集元件保持在大气中并且允许通过该收集元件进行收集。导电构件包括至少部分沿其长度延伸的复合结构，该复合结构包括包含石墨烯的第一层。复合物还可包括第二层，诸如可在其上提供石墨烯层的基底。因此，实施方案提供可再生且用于通过静电收集(例如以云或闪电内的静电形式)从地球大气中采集电力的基本连续的手段。特别地，由于使用石墨烯，实施方案提供具有导电构件的装置，该装置能够有效且高效地在位于大气中的电力收集元件和为电流/电力选择的任何输出端之间使用所需的显著距离上传递电流。此外，凭借包括石墨烯的复合结构(其可形成异常坚固且轻质的层)，实施方案提供元件，该元件可延伸长距离并且抵抗例如通过剪切力(例如风、支撑件的移动)或冲击(例如来自碎片)的损坏，并且该元件可有助于在整个元件的长度上支撑其自身重量。特别地，实施方案使得能够从大气中的多个来源收集电力。例如，云内、云之间或云与地面之间存在的较低水平的电位差(其通常不会引起放电)仍然可形成合适的电力来源并且处于更持续、更低的电压。此外，虽然大气内的宇宙射线和太阳风提供最多的电能，但云，特别是雷云，提供以静电的形式的电能的最大集中。通常，云的最高点会比云的最低点带更多的正电荷；这是因为，在碰撞期间，一些水分子带正电并上升，而往往更重的带负电的分子位于云的底部。此外，一些分子排列成其带正电荷的端部朝上，而更重的带负电荷的端部朝下。因此，随着更多的水分子积聚(例如在雷云中)，云的顶部和底部之间，特别是云的底部和地球表面之间可存在差异。当这些电位差达到一定水平时，形成的电场强度使得电位差的点之间的空气经历介质击穿，其中空气从正常非导电状态变为导电状态。这种介质击穿可发生在云本身内，引起云的顶部和底部之间的放电(云内闪电)，或者介质击穿可发生在云和地面之间，或者相邻的云之间，引起云和地面之间的放电，或云之间的放电(云间闪电)。云内闪电和云间闪电均为收集和重复使用提供合适的电力来源。如上所述，设置在导电元件中的复合物包括包含石墨烯的第一层。石墨烯层为具有单层石墨烯的二维碳同素异形体，其包括sp2杂化碳原子的单个平面片材。石墨烯因其极高的内在强度而闻名，这源于共价键合碳原子的二维(2D)六角晶格。此外，石墨烯还显示出许多其他有利的性质，包括层的平面的高导电性。因此，实施方案将凭借石墨烯层提供优异的导电性，特别是在石墨烯沿整个导电元件(例如在收集装置和输出端之间，或者在连接到收集装置的电端子和输入端之间)延伸的情况下。此外，由于在结构中使用石墨烯，导电元件将相对坚固并且抗损坏。导电元件通常采取细长构件的形式，并且第一层(以及其他层，如果存在的话)在细长轴线上延伸。换言之，由第一层的平面限定的轴线与由细长导电元件限定的轴线相同或平行。在一个实施方案中，第一层为第一表面层并且形成导电元件(或导电构件，如果存在的话)的外表面。如上所述，来自大气的电力(或大气电力)包括主要呈静电形式的电力。这种静电可集中在云中，特别是暴风云中，但也可在没有云的情况下存在。特别地，该装置可适于基于来自大气的电力和输出端之间的电位差提供电流。在一些实施方案中，该装置可适于向输出端提供基本持续的电流。在其他实施方案中，该装置可适于向输出端提供不规则电流，由于突然的高强度静电放电(闪电)而产生的不规则电流。“大气”指地球表面上方和围绕地球表面的空气或环境，因此，该装置适于使得电力收集装置可凭借支撑元件定位在该区域中。因此，这种大气位于地面或海平面(其围绕的区域)以上，例如，在海平面或地平面以上0m至100000m之间，或在海平面或地平面以上0m至20000m、0至m10000m、200m至10000m、500m至10000m、1000m至10000m或2000m至10000m之间。在一些实施方案中，支撑装置能够保持或适于保持收集装置在地平面以上至少50m、地平面以上至少200m、地平面以上至少500m或地平面以上至少1km的高度。地平面意指装置附近的地面或装置所连接到的输出端。在一些实施方案中，导电元件(或导电构件，如果存在的话)的长度至少为20m、至少50m、至少100m、至少500m或至少1k(例如，20m至10k、20m至5k、20m至1k、100m至800m或100m至500m)。因此，在一些实施方案中，该装置包括位于地面上的输出端，其中导电构件在收集元件和输出端之间延伸，并且支撑元件将收集构件保持在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于从大气中收集电力的装置，包括：/n收集元件，其适用于从所述大气中汲取电力；/n导电元件，其电连接到所述收集元件，所述导电元件用于将由所述收集元件收集的电力传输到输出端；以及/n支撑构件，其能够将所述收集元件保持在升高的位置，/n其中所述导电元件包括至少部分沿其长度延伸的复合结构，所述复合结构包括包含石墨烯的第一层。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170305 GB 1703512.21.一种用于从大气中收集电力的装置，包括：
收集元件，其适用于从所述大气中汲取电力；
导电元件，其电连接到所述收集元件，所述导电元件用于将由所述收集元件收集的电力传输到输出端；以及
支撑构件，其能够将所述收集元件保持在升高的位置，
其中所述导电元件包括至少部分沿其长度延伸的复合结构，所述复合结构包括包含石墨烯的第一层。


2.根据权利要求1所述的装置，其中所述复合物还包括包含气凝胶的第二层。


3.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述复合结构包括各自包括石墨烯的多个第一层；以及各自包括气凝胶的多个第二层，其中所述第一层和所述第二层在所述复合结构中交替。


4.根据权利要求3所述的装置，其中所述复合结构包括2至250个第一层和/或2至250个第二层。


5.根据权利要求3或权利要求4所述的复合结构，其中所述第一层中的至少一个基本上由石墨烯组成。


6.根据权利要求3至5中任一项所述的复合结构，其中每个第一层独立地具有0.34nm至20μm的厚度。


7.根据权利要求3至6中任一项所述的复合结构，其中所述第一层中的至少一个包括呈石墨烯薄片形式的石墨烯。


8.根据权利要求3至7中任一项所述的复合结构，其中每个第二层独立地具有20μm至1000μm的厚度。


9.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈新立，
申请(专利权)人：格拉芬康普西斯有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB