【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及功能性材料，具体涉及一种水诱导发电复合材料及其制备方法、发电装置。
技术介绍
1、在传统的从液态水产生能量的方法中，水的势能经过水坝时被转化机械能而驱动发电机发电。水诱导发电，是直接将水中的化学能转化为电能，代表了一种新的能量收集方式。由于目前日益严峻的能源短缺问题，水诱导电能产生的研发和应用推广得到了广泛关注。水诱导电能产生依靠一种功能性带电多孔材料，促进水渗透和质子在其表面堆积，并在毛细管通道内创造了一个电双层，从而在正负电极之间产生电势差发电。相比传统压电材料及摩擦纳米发电机，其具有稳定性、环境适应性等优势。
2、由于水诱导发电材料无需借助外在机械能进行发电，且其产生的电能不是瞬时电能而日益得到关注。目前此类发电方法在很大程度上依赖于石墨烯或碳基材料，例如专利wo2020006942a1公开的多孔异构氧化石墨烯薄膜，专利wo2020147443a1公开的不同聚合物薄膜用于发电，专利wo2020069523a1公开了使用蛋白纳米线从环境湿气发电，专利cn202210577026.7公开了一种能够应用于盐水发电的创新聚合物材料。
3、在实际应用过程中，水诱导发电材料需要持续保持离子浓度梯度才可维持高的能量输出，当样品被水润湿失去水梯度后，其离子浓度梯度消失，其发电性能会迅速降低，因此如何在材料内部保持离子浓度梯度，实现持续发电性能是水诱导发电技术需要解决的迫切问题，良好的结构设计对维持持续发电有重要作用。专利cn 202210472778.7公开了通过在吸水纸的一面喷涂cb/pvdf形成疏
4、因此，创新结构设计，提高水诱导发电的持续性和效率，对拓展水诱导发电材料的应用范围及收集能量源头，具有重要的经济和产业价值。
技术实现思路
1、为了克服现有技术的缺陷，本专利技术的目之一在于提供一种水诱导发电复合材料，与水作用后，长久保持干湿不对称性，具有持续稳定的水诱导发电性能。
2、本专利技术的目的之二在于提供水诱导发电复合材料的制备方法，操作简便，易于工业化生产。
3、本专利技术的目的之三在于提供采用本专利技术复合材料制作的发电装置，能够应用于盐水或淡水发电。
4、为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
5、一种水诱导发电复合材料，包括基材，基材内部及上下表面由内至外依次负载金属盐、沉积高分子聚合物层；复合材料一端上下表面的高分子聚合物层表面还设置有疏水层，相对的另一端的上下表面不设置疏水层；其中高分子聚合物层由金属盐作为引发剂原位聚合形成。
6、可选的，所述金属盐为氯化铁。
7、可选的，所述高分子聚合物层为聚吡咯ppy。
8、可选的，所述疏水层为有机硅涂层。
9、可选的，所述基材为柔性基材；可选的，所述基材为超细纤维无纺布mnf；可选的，所述基材的厚度为2～5mm。
10、上述可同时发电和水收集的复合材料的制备方法，包括以下操作步骤：
11、1)基材预处理：将超细纤维无纺布mnf浸入去离子水和乙醇中，超声处理，去除表面污垢，干燥，备用；
12、2)表面修饰：将步骤1)处理后的超细纤维无纺布mnf，首先浸泡在氯化铁乙醇分散液中，干燥处理；
13、3)表面沉积聚合：将步骤2)处理干燥后的无纺布和吡咯放置在同一密闭容器中，通过化学气相沉积在超细纤维无纺布mnf表面聚合形成聚吡咯ppy涂层，得到ppy@mnf；
14、4)将步骤3)制得的ppy@mnf，按照步骤2)至步骤3)重复循环3～5次得到导电层涂覆复合材料；
15、5)不对称修饰：将步骤4)制得的导电层涂覆复合材料一端浸泡在有机硅溶液中，干燥处理，制得所述水诱导发电复合材料。
16、可选的，所述氯化铁分散液浓度为80～100mg/ml，每次浸泡时间为3～5分钟，每次干燥温度为50～70℃，时间为40-80分钟；
17、可选的，所述化学气相沉积密闭容器内吡咯体积为8～10ml；
18、可选的，所述气相沉积聚合时间为18～24小时；
19、可选的，所述重复循环化学气相沉积聚合次数为3～5次；
20、可选的，所述有机硅浸泡时间为10～20秒，放入烘箱中60℃干燥5～7小时。
21、一种发电装置，包括串联或并联的多个发电单元，所述发电单元包括上述复合材料，所述复合材料疏水层端与第一电极连接，相对的另一端与第二电极连接。
22、本专利技术提供的复合材料，基材内部和表面负载沉积的金属盐和高分子聚合物层在基材表面形成了表面微纳结构，赋予复合材料多孔结构与正电性，同时本专利技术在复合材料的一端上下表面设置疏水层，使复合材料左右两端一端为亲水端，一端为疏水端。亲水端与水相互作用时，亲水端与疏水端自动形成干湿不对称结构，亲水端表面修饰后与水接触能够持续解离出金属盐离子，例如氯化铁解离出fe3+离子与cl-离子。而亲水端和疏水端形成的干湿分离状态，使复合材料表面形成离子浓度梯度，离子在复合材料表面的迁移形成的电势差，使得电子在两个电极间通过外接电路流动，从而产生电能；此外，本专利技术以金属盐作为引发剂原位聚合形成高分子聚合物层，使高分子聚合物中掺杂金属盐离子，提升复合材料的发电性能，具体的，作为举例说明，本专利技术通过气相沉积法制备的ppy纳米层中掺杂了氯化铁离子，能够有效提升水诱导发电过程中材料表面的离子浓度与离子迁移速率，从而提升其性能。
23、本专利技术复合材料表面导电涂层，作为举例说明，聚吡咯ppy和氯化铁形成的带正电的涂层，能够吸附水中的阴离子构筑电双层，既能诱导淡水发电也能诱导盐水发电。克服现有的一些水诱导发电材料收集能量源头单一，仅可通过盐水发电，不具有良好的环境适应性的缺陷；
24、传统水诱导发电材料，上表面设置疏水层，下表面设置吸水层，在上下表面之间形成不对称的离子浓度差异实现发电功能，这类发电材料平铺在水面发电过程中，短时间内上表面疏水层能够保持干燥状态，上下表面之间存在离子浓度差，但是一段时间之后，水通过毛细管力润湿疏水面，上下表面之间不存在离子浓度差，无法持续发电；本专利技术复合材料打破传统水诱导发电材料的结构设计，在左右两侧形成亲水端和疏水端，亲水端与水作用后可长久保持干湿不对称性，实现利用淡水或盐水持续稳定发电。具体的，亲水端吸水后，有机硅涂层等形成的疏水端构筑了阻止水持续向上运输的缓冲区，能够长时间维持正极和负极之间的离子浓度梯度，实现持续稳定将水中的化学能转化为电能，克服现有技术缺陷。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种水诱导发电复合材料，其特征在于，包括基材，基材内部及上下表面由内至外依次负载金属盐、沉积高分子聚合物层；复合材料一端上下表面的聚合物层表面还设置有疏水层，相对另一端的上下表面不设置疏水层；其中高分子聚合物层由金属盐作为引发剂原位聚合形成。
2.如权利要求1所述的水诱导发电复合材料，其特征在于，所述金属盐为氯化铁。
3.如权利要求2所述的水诱导发电复合材料，其特征在于，所述高分子聚合物层为聚吡咯PPy层。
4.如权利要求1或2所述的水诱导发电复合材料，其特征在于，所述基材为柔性基材；可选的，所述基材为超细纤维无纺布MNF。
5.如权利要求4所述的水诱导发电复合材料，其特征在于，所述基材的厚度为2 mm~5mm。
6.如权利要求4所述的水诱导发电复合材料，其特征在于，所述疏水层为有机硅涂层。
7.一种如权利要求6所述的水诱导发电复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下操作步骤：
8.如权利要求7所述的水诱导发电复合材料的制备方法，其特征在于，步骤2）中所述氯化铁分散液浓度为80~100 mg/
9.如权利要求8所述的水诱导发电聚合物材料的制备方法，其特征在于，步骤3）中所述化学气相沉积聚合时间为18~24小时；步骤4）中重复循环化学气相沉积聚合次数为3~5次；
10.一种发电装置，其特征在于，包括串联或并联的多个发电单元，所述发电单元包括如权利要求1~6所述复合材料，所述复合材料疏水层端与第一电极连接，相对的另一端与第二电极连接。
...【技术特征摘要】
1.一种水诱导发电复合材料，其特征在于，包括基材，基材内部及上下表面由内至外依次负载金属盐、沉积高分子聚合物层；复合材料一端上下表面的聚合物层表面还设置有疏水层，相对另一端的上下表面不设置疏水层；其中高分子聚合物层由金属盐作为引发剂原位聚合形成。
2.如权利要求1所述的水诱导发电复合材料，其特征在于，所述金属盐为氯化铁。
3.如权利要求2所述的水诱导发电复合材料，其特征在于，所述高分子聚合物层为聚吡咯ppy层。
4.如权利要求1或2所述的水诱导发电复合材料，其特征在于，所述基材为柔性基材；可选的，所述基材为超细纤维无纺布mnf。
5.如权利要求4所述的水诱导发电复合材料，其特征在于，所述基材的厚度为2 mm~5mm。
6.如权利要求4所述的水诱导发电复合材...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。