一种可拉伸发电的发电装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种可拉伸发电的发电装置，以使发电装置的应用场景更广泛。该发电装置，包括：基体，设置于基体中的摩擦起电层以及静电感应层，摩擦起电层与静电感应层被基体隔开，其中：摩擦起电层，包括与基体的延伸方向相同，且并排设置的储液室和可开闭腔室，储液室与可开闭腔室通过连接通道连通，储液室填充有起电液体；当基体沿延伸方向被拉伸时，可开闭腔室为开启腔室状态，起电液体流至开启腔室，当基体被释放回缩时，可开闭腔室为闭合腔室状态，起电液体回流至储液室；静电感应层，包括与储液室相对设置的第一电极，以及与可开闭腔室相对设置的第二电极。

A kind of power generation device for stretch generation

【技术实现步骤摘要】
一种可拉伸发电的发电装置
本专利技术涉及能源收集设备
，特别是涉及一种可拉伸发电的发电装置。
技术介绍
随着柔性电子器件的飞速发展以及可穿戴电子设备的普及，对传统的供能装置提出了新的要求：柔性，可拉伸性，形状自适应性等。由于摩擦电发电机利用摩擦起电效应和静电感应原理，可将机械能转化为电能，同时具有柔性，低成本，高输出的特性，因此成为一种极有潜力的供能装置。目前，已经有可拉伸的摩擦电发电机的相关报道，但是这些可拉伸的摩擦电发电机大多属于单电极类型的摩擦电发电机，在实际应用中，通常需要与另一物体发生接触分离来进行发电，同时还需要接地，对环境湿度较为敏感，因此在应用时会受到许多环境条件的限制。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的是提供一种可拉伸发电的发电装置，以使发电装置的应用场景更广泛。本专利技术实施例提供了一种可拉伸发电的发电装置，包括：基体，设置于所述基体中的摩擦起电层以及静电感应层，所述摩擦起电层与所述静电感应层被所述基体隔开，其中：所述摩擦起电层，包括与所述基体的延伸方向相同，且并排设置的储液室和可开闭腔室，所述储液室与所述可开闭腔室通过连接通道连通，所述储液室填充有起电液体；当所述基体沿延伸方向被拉伸时，所述可开闭腔室为开启腔室状态，所述起电液体流至所述开启腔室，当所述基体被释放回缩时，所述可开闭腔室为闭合腔室状态，所述起电液体回流至所述储液室；所述静电感应层，包括与所述储液室相对设置的第一电极，以及与所述可开闭腔室相对设置的第二电极。在本专利技术实施例中，可选的，所述基体设置有容置槽，所述容置槽中具有多个弹性材料块，所述弹性材料块包括与所述容置槽的槽壁相固定的固定面，以及与相邻所述弹性材料块相抵接的抵接面；所述基体的材料的杨氏模量小于所述弹性材料块的材料的弹性模量，当所述基体沿延伸方向被拉伸时，相邻的两个所述弹性材料块相分离，所述抵接面与所述容置槽的槽壁形成所述开启腔室，所述起电液体流至所述开启腔室；当所述基体被释放回缩时，相邻两个所述弹性材料块相抵接形成所述闭合腔室，所述起电液体回流至所述储液室。在本专利技术任一实施例中，可选的，所述储液室垂直于其延伸方向的尺寸d1，小于所述可开闭腔室垂直于其延伸方向的尺寸d2。在本专利技术实施例中，可选的，所述连接通道沿其延伸方向的尺寸L1满足：1/3d2≤L1≤d2。在本专利技术任一实施例中，可选的，所述摩擦起电层与所述静电感应层之间的间隔为100μm～2mm；和/或，所述摩擦起电层和所述静电感应层周侧的基体厚度设置为500μm～3mm。在本专利技术实施例中，可选的，所述储液室在所述第一电极上的投影落入所述第一电极的边界范围内，所述可开闭腔室在所述第二电极上的投影落入所述第二电极的边界范围内。在本专利技术任一实施例中，可选的，所述基体的材质为硅橡胶、聚二甲基硅氧烷、丁晴橡胶、聚氨酯弹性体、氟橡胶、聚硫橡胶、丙烯酸酯橡胶、天然橡胶，或乳胶。在本专利技术实施例中，可选的，所述起电液体为去离子水，或离子溶液。在本专利技术任一实施例中，可选的，所述静电感应层的电极材料为离子导电溶液，液态导电金属，导电材料掺杂聚合物弹性体，或导电水凝胶。在本专利技术实施例中，可选的，当所述静电感应层的电极材料为离子导电溶液时，所述离子导电溶液的浓度为1～8mol/L。在本专利技术任一实施例中，可选的，所述静电感应层的电极厚度h1，与所述储液室的深度h2之间满足：h1≤1/2h2。在本专利技术实施例中，可选的，所述发电装置还包括与所述第一电极相连的第一导线，以及与所述第二电极相连的第二导线。采用本技术方案的可拉伸发电的发电装置，当发电装置受到一个沿基体的延伸方向的机械牵引时，摩擦起电层内的可开闭腔室开启，成为一个个开启腔室，在负压的作用下，起电液体由储液室自发流入开启腔室。由于摩擦电效应，在起电液体流动的过程中，底部的基体表面产生感应电荷。与此同时，由于静电感应原理，静电感应层的两个电极可以感知上方感应电荷的变化，从而在两个电极之间产生一个电势差，为了屏蔽这个电势差，电子可经外部电路从一个电极流向另一个电极，从而产生一个电流信号。当牵引力释放后，开启腔室随机体的回缩而自发关闭形成闭合腔室，起电液体被挤回储液室，感应电荷再次发生变化，从而产生一个反向电流。当周期性的施加一个机械牵引时，将会有持续的交变电信号产生。与现有技术相比，本技术方案的可拉伸发电的发电装置采用摩擦起电层和静电感应层上下双层结构的摩擦电发电形式，可以消除之前大多数可拉伸的摩擦电发电装置只能以单电极工作模式进行发电的限制，无需接地，同时还可在潮湿甚至液体环境中进行正常工作，在实际应用时具有更广泛的应用场景。另外，在非潮湿环境中，本技术方案中的发电装置同样可以以单电极模式进行发电，即与目标物体通过接触分离进行发电，由于单电极发电模式已有许多研究工作报道，故在本技术方案中不再赘述。基于相同的专利技术构思，本专利技术还提供了一种可穿戴设备，包括如前任一项所述的可拉伸发电的发电装置。在本技术方案的可穿戴设备中，通过采用摩擦起电层和静电感应层上下双层结构，以及利用起电液体的往复运动进行发电的特性，其与现有技术相比，即使是潮湿及液体环境也不会对该可穿戴设备的可拉伸发电的发电装置产生较为明显的影响。因此，该穿戴设备可更广泛地应用于潮湿及水下相关应用场景，如潜水员运动信号监测，水下运动能量采集等，其应用范围更广。附图说明图1为本专利技术实施例的可拉伸发电的发电装置未拉伸状态下的结构示意图；图2为图1所示可拉伸发电的发电装置的一侧视图；图3为图1所示可拉伸发电的发电装置的另一侧视图；图4为图1所示可拉伸发电的发电装置的又一侧视图；图5为本专利技术实施例的可拉伸发电的发电装置拉伸状态下的结构示意图；图6为图5所示可拉伸发电的发电装置的一侧视图；图7为图5所示可拉伸发电的发电装置的另一侧视图；图8为图5所示可拉伸发电的发电装置的又一侧视图；图9为本专利技术实施例的可拉伸发电的发电装置的工作流程示意图；图10为本专利技术实施例的可拉伸发电的发电装置的工作原理示意图。附图标记：1-基体；2-摩擦起电层；201-储液室；202-可开闭腔室；2021-开启腔室；2022-闭合腔室；203-连接通道；3-静电感应层；301-第一电极；302-第二电极；4-弹性材料块；5-第一导线；6-第二导线。具体实施方式为使发电装置的应用场景更广泛，本专利技术实施例提供了一种可拉伸发电的发电装置。为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，以下举实施例对本专利技术作进一步详细说明。当本申请提及“第一”、“第二”、“第三”或者“第四”等序数词时，除非根据上下文其确实表达顺序之意，否则应当理解为仅仅是起区分之用。如图1至图10所示，本专利技术实施例提供了一种可拉伸发电的发电装置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可拉伸发电的发电装置，其特征在于，包括：基体，设置于所述基体中的摩擦起电层以及静电感应层，所述摩擦起电层与所述静电感应层被所述基体隔开，其中：/n所述摩擦起电层，包括与所述基体的延伸方向相同，且并排设置的储液室和可开闭腔室，所述储液室与所述可开闭腔室通过连接通道连通，所述储液室填充有起电液体；当所述基体沿延伸方向被拉伸时，所述可开闭腔室为开启腔室状态，所述起电液体流至所述开启腔室，当所述基体被释放回缩时，所述可开闭腔室为闭合腔室状态，所述起电液体回流至所述储液室；/n所述静电感应层，包括与所述储液室相对设置的第一电极，以及与所述可开闭腔室相对设置的第二电极。/n

【技术特征摘要】
1.一种可拉伸发电的发电装置，其特征在于，包括：基体，设置于所述基体中的摩擦起电层以及静电感应层，所述摩擦起电层与所述静电感应层被所述基体隔开，其中：
所述摩擦起电层，包括与所述基体的延伸方向相同，且并排设置的储液室和可开闭腔室，所述储液室与所述可开闭腔室通过连接通道连通，所述储液室填充有起电液体；当所述基体沿延伸方向被拉伸时，所述可开闭腔室为开启腔室状态，所述起电液体流至所述开启腔室，当所述基体被释放回缩时，所述可开闭腔室为闭合腔室状态，所述起电液体回流至所述储液室；
所述静电感应层，包括与所述储液室相对设置的第一电极，以及与所述可开闭腔室相对设置的第二电极。


2.如权利要求1所述的发电装置，其特征在于，所述基体设置有容置槽，所述容置槽中具有多个弹性材料块，所述弹性材料块包括与所述容置槽的槽壁相固定的固定面，以及与相邻所述弹性材料块相抵接的抵接面；
所述基体的材料的杨氏模量小于所述弹性材料块的材料的弹性模量，当所述基体沿延伸方向被拉伸时，相邻的两个所述弹性材料块相分离，所述抵接面与所述容置槽的槽壁形成所述开启腔室，所述起电液体流至所述开启腔室；当所述基体被释放回缩时，相邻两个所述弹性材料块相抵接形成所述闭合腔室，所述起电液体回流至所述储液室。


3.如权利要求1所述的发电装置，其特征在于，所述储液室垂直于其延伸方向的尺寸d1，小于等于所述可开闭腔室垂直于其延伸方向的尺寸d2。


4.如权利要求3所述的发电装置，其特征在于，所述连接通道沿其延伸方向的尺寸L1满足：1/3d2≤L1≤d2。

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【专利技术属性】
技术研发人员：邹洋，李舟，谈溥川，石波璟，其他发明人请求不公开姓名，
申请(专利权)人：北京纳米能源与系统研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11