基于摩擦纳米发电机和电介质电容器的发电储能一体化器件及其制备方法和应用技术

基于摩擦纳米发电机和电介质电容器的发电储能一体化器件及其制备方法和应用，涉及发电机技术领域，包括上下两个固定板、摩擦发电组件、电介质电容器组件和倍压电路；一个固定板的一侧固定连接有电介质电容器组件和摩擦发电组件，另一个固定板的一侧固定连接有电介质电容器组件，电介质电容器组件靠近固定板的侧面附上高压整流二极管，本发明专利技术使用的摩擦发电组件基于接触起电和静电感应的耦合效应，是一种成本低、可移植性强、寿命长、无污染的微能源采集器，结合具有超高的功率密度和极快的充放电速率的电介质电容器，实现了发电储能一体化，大大缩小了器件的体积，同时电介质电容器与二极管构成的倍压电路，实现了稳定的高压输出。出。出。

【技术实现步骤摘要】
基于摩擦纳米发电机和电介质电容器的发电储能一体化器件及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及发电机
，具体涉及基于摩擦纳米发电机和电介质电容器的发电储能一体化器件及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]近年来，摩擦纳米发电机作为一种新型的能量收集技术，由于其制作成本低、结构简单、材料选择多样、几乎不受环境的限制等独特优势，在过去十年中引起了广泛关注。目前，有许多关于发电储能一体化系统的研究，一般都是采用摩擦纳米发电机或压电纳米发电机收集环境中的能量，使用电化学电池或超级电容器作为储能元件等存储能量，这就导致设计的结构复杂、输出功率密度较低、充放电过程缓慢，难以实现脉冲功率方面的应用，同时复杂的结构也难以满足物联网时代对电子设备集成化和小型化的需求，然而，电介质电容器相较于别的储能元件，具有超高的功率密度和极快的充放电速率。因此，设计一个器件结构将摩擦纳米发电机与电介质电容器相结合，可以实现两者的优势互补，将会成为摩擦纳米发电机实现脉冲功率应用和实现小型化的一个解决方案。

技术实现思路

[0003]为解决上述问题，本专利技术提供一种基于摩擦纳米发电机和电介质电容器的发电储能一体化器件。
[0004]技术方案如下：包括上下两个固定板、摩擦发电组件、电介质电容器组件和倍压电路；一个所述固定板的一侧固定连接有电介质电容器组件和摩擦发电组件，另一个所述固定板的一侧固定连接有电介质电容器组件，所述电介质电容器组件靠近所述固定板的侧面附上高压整流二极管，所述电介质电容器组件与所述高压整流二极管构成倍压电路；所述摩擦发电组件包括摩擦层；所述电介质电容器组件包括P(VDF
‑
HFP)薄膜和两侧的电极，其中一侧电极为一整个铜电极，同时也是摩擦发电组件的铜电极；另一侧电极包括三个小型铜电极，铜电极及小型铜电极均经导线引出。
[0005]优选地，所述摩擦层为FEP薄膜。
[0006]优选地，所述固定板为亚克力板。
[0007]该发电储能一体化器件的制备方法，包括以下步骤：步骤（1）：P(VDF
‑
HFP)薄膜的制备；步骤（2）：将P(VDF
‑
HFP)薄膜贴附于两个侧的电极上，电极经导线引出，制成电介质电容器组件；步骤（3）：其中一个固定板的一侧依次附上一层泡沫胶、电介质电容器组件、FEP薄膜；另一个固定板的一侧依次附上一层泡沫胶、电介质电容器组件，所述电介质电容器组件
靠近所述固定板的侧面附上高压整流二极管，电介质电容器与高压整流二极管构成倍压电路，实现高压整流输出。
[0008]优选地，步骤（1）中P(VDF
‑
HFP)薄膜的制备过程为：在N,N
‑
二甲基甲酰胺溶液中加入一定数量的P(VDF
‑
HFP)粉末，均匀搅拌后得到稳定的悬浮液，然后将得到的悬浮液滴加到玻璃板基底上，用刮刀刮平，之后进行干燥，随后将膜在200
°
C下加热10分钟，并在冰水中迅速淬火，最后从玻璃上剥离P(VDF
‑
HFP)膜，经干燥，蒸发掉多余的水分，即可得到所需的P(VDF
‑
HFP)膜。
[0009]本专利技术与现有技术相比有益效果为：本专利技术使用的摩擦发电组件基于接触起电和静电感应的耦合效应，是一种成本低、可移植性强、寿命长、无污染的微能源采集器，结合具有超高的功率密度和极快的充放电速率的电介质电容器，实现了发电储能一体化，大大缩小了器件的体积，同时电介质电容器与二极管构成的倍压电路，实现了稳定的高压输出，极大地拓宽了本专利技术的适用范围。本专利技术可以应用于激光、雷达、一些电子医疗设备以及混合动力汽车里面的逆变器中。
附图说明
[0010]图1：为本专利技术提供发电储能一体化器件平面示意图。
[0011]图2：为本专利技术提供发电储能一体化器件结构示意图。
[0012]图3：为本专利技术提供P(VDF
‑
HFP)薄膜制备流程图。
[0013]图4：为本专利技术提供发电储能一体化器件输出性能图。
[0014]图5：为本专利技术提供发电储能一体化器件工作时摩擦纳米发电机的开路电压、短路电流、一体化器件的输出电压以及不同因素对输出性能的影响。
[0015]图中：1
‑
固定板、2
‑
P(VDF
‑
HFP)薄膜、3
‑
铜电极、4
‑
摩擦层、5
‑
高压整流二极管、6
‑
小型铜电极。
具体实施方式
[0016]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0017]以下为具体实施例：实施例1：如图1和2所示，基于摩擦纳米发电机和电介质电容器的发电储能一体化器件，包括上下两个固定板、摩擦发电组件、电介质电容器组件和倍压电路；一个固定板1的一侧固定连接有电介质电容器组件和摩擦发电组件，另一个固定板1的一侧固定连接有电介质电容器组件，电介质电容器组件靠近固定板1的侧面附上高压整流二极管5，电介质电容器组件与高压整流二极管构成倍压电路；电介质电容器与二极管通过导线按照倍压电路图连接，当摩擦发电组件工作时，交流输出通过倍压电路，通过将几个电容器的电压叠加，实现较高的电压输出，可以通过改变倍压电路的阶次以实现不同的电压输出。
[0018]摩擦发电组件包括摩擦层4，摩擦层4为FEP薄膜；电介质电容器组件包括P(VDF
‑
HFP)薄膜2和两侧的电极，其中一侧电极为一整个铜电极3，同时也是摩擦发电组件的铜电极；另一侧电极包括三个小型铜电极6（1
×
1cm2），铜电极3及小型铜电极6均经导线引出。
[0019]固定板为亚克力板，用亚克力板通过激光雕刻机切割制成。
[0020]实施例2：发电储能一体化器件的制备方法，包括以下步骤：步骤（1）：如图3所示，P(VDF
‑
HFP)薄膜的制备过程为：在N,N
‑
二甲基甲酰胺溶液中加入一定数量的P(VDF
‑
HFP)粉末，均匀搅拌24h后得到稳定的悬浮液，然后将得到的悬浮液滴加到玻璃板基底上，用刮刀刮平，接着在60
°
C下干燥12h，随后将膜在200
°
C下加热10分钟，并在冰水中迅速淬火，最后从玻璃上剥离P(VDF
‑
HFP)膜，在60
°
C下干燥12h，蒸发掉多余的水分，即可得到所需的P(VDF
‑
HFP)膜。
[0021]步骤（2）：将P(VDF
‑
HFP)薄膜贴附于两个侧的电极上，电极经导线引出，制成电介质电容本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于摩擦纳米发电机和电介质电容器的发电储能一体化器件，其特征在于，包括上下两个固定板、摩擦发电组件、电介质电容器组件和倍压电路；一个所述固定板（1）的一侧固定连接有电介质电容器组件和摩擦发电组件，另一个所述固定板（1）的一侧固定连接有电介质电容器组件，所述电介质电容器组件靠近所述固定板（1）的侧面附上高压整流二极管（5），所述电介质电容器组件与所述高压整流二极管（5）构成倍压电路；所述摩擦发电组件包括摩擦层（4）；所述电介质电容器组件包括P(VDF
‑
HFP)薄膜（2）和两侧的电极，其中一侧电极为一整个铜电极（3），同时也是摩擦发电组件的铜电极；另一侧电极包括三个小型铜电极（6），铜电极（3）及小型铜电极（6）均经导线引出。2.根据权利要求1所述的基于摩擦纳米发电机和电介质电容器的发电储能一体化器件，其特征在于，所述摩擦层为FEP薄膜。3.根据权利要求1所述的基于摩擦纳米发电机和电介质电容器的发电储能一体化器件，其特征在于，所述固定板为亚克力板。4.权利要求1所述的发电储能一体化器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤（1）：P(VDF
‑
HFP)薄膜的制备；步骤（2）：将P(VDF
‑<...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑海务，李明涛，吴永辉，王浩，张远征，王小兵，
申请(专利权)人：河南大学，
类型：发明
国别省市：