[发明专利]一种基于动电效应的流体复合孔道能源转化系统及转化方法

说明书

本发明公开了一种基于动电效应的流体复合孔道能源转化系统及转化方法，系统包括复合孔道材料、水基溶液和电极；所述复合孔道材料包括孔道材料和功能性液体，所述功能性液体浸润所述孔道材料，所述功能性液体和所述水基溶液不混溶；所述电极设于所述复合孔道材料两侧并浸入所述水基溶液；所述水基溶液在一压力驱动下通过复合孔道材料并产生电位差，通过两侧的电极进行收集以将动能转化为电能。与传统孔道材料对比，形成的液‑液界面对流动电位具有提升作用，并可降低发电的工作压强，最终达到动电能源转化效率增强的效果。

技术领域

本发明涉及能源转化新方法和新能源转化器件设计的技术领域，尤其涉及一种基于动电效应的流体复合孔道能源转化系统及转化方法。

背景技术

煤、石油、天然气等传统化石燃料的大量使用对环境提出了十分严峻的挑战，可再生能源的开发与利用对人类社会的可持续发展有着重要的意义。海洋能例如波浪能、潮汐能等由于流体运动而蕴含着极为丰富的机械能，其总储能大于2×10¹²瓦，相当于每年全球能源消费总量的15％。而应用研究最关键的问题是缺乏高效的系统和方法对这些能源进行有效的提取和转换。近年来，随着微/纳米技术的飞速发展以及人们对界面科学的深入研究，动电效应微纳米孔道能源转换系统引起广泛关注。该系统可将流体中的机械能转换为电能，这为清洁能源发电系统的开发及应用提供新的思路。但微/纳米孔道中的机械能-电能转换过程不可避免地涉及到固体孔道与流体界面的相互作用，会消耗大量能量。因此，如何通过优化孔道界面设计来提高孔道材料能源转换效率是该领域发展的关键，即如何提高输出功率的同时，降低输入功率是该领域发展的技术难点。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种基于动电效应的流体复合孔道能源转化系统及转化方法。

为了实现以上目的，本发明的技术方案为：

一种基于动电效应的流体复合孔道能源转化系统，包括复合孔道材料、水基溶液和电极；所述复合孔道材料包括孔道材料和功能性液体，所述功能性液体浸润所述孔道材料，所述功能性液体和所述水基溶液不混溶；所述电极设于所述复合孔道材料两侧并浸入所述水基溶液；所述水基溶液在一压力驱动下通过复合孔道材料并产生电位差，通过两侧的电极进行能源收集以将动能转化为电能。

利用毛细力作用，使孔道材料完全浸润功能性液体，并将其置入水基溶液，在复合孔道材料的两侧置入电极。在外界压力的驱动下，水基溶液通过复合孔道材料，建立孔道内壁有液体层的通路。水基溶液流动过程中由动电效应而产生电位差，通过孔道两侧的电极进行能源收集。

进一步优选地，所述水基溶液包括超纯水和电解质溶液。

进一步优选地，所述孔道材料包括但不限于无序固体多孔膜、有序固体多孔膜、微/纳通道。

进一步优选地，所述的无序固体多孔膜包括但不限于聚丙烯(PP)膜、聚四氟乙烯(PTFE)膜、聚偏氟乙烯(PVDF)膜、尼龙膜等。

进一步优选地，所述的有序固体多孔膜包括但不限于通过径迹刻蚀后具有对称/非对称孔结构的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜、具有直通孔的聚碳酸酯(PC)膜等。

进一步优选地，所述的微/纳通道包括但不限于聚二甲基硅氧烷(PDMS)通道等。

进一步优选地，所述的孔道材料孔径范围包括但不限于0.5μm～30μm。

进一步优选地，所述的功能性液体包括但不限于油基液体。

可选的，所述孔道材料的厚度包括但不限于10μm～700μm。

可选的，还包括流体输运通道，所述流体输运通道设于所述复合孔道材料的两侧，所述电极装设于所述流体输运通道内并向外引出。