[发明专利]一种纤维工作电极及海洋能量回收装置

说明书

本发明属于能量回收相关技术领域，其公开了一种纤维状工作电极及海洋能量回收装置，所述纤维状工作电极内部存在与外界连通的间隙，所述间隙用于收容海水，所述纤维状工作电极被拉伸或扭转使得所述间隙内的海水量变化，实现所述纤维状工作电极的电化学可用表面积变化，使得所述纤维状工作电极电势发生变化产生电流。本申请中的纤维状工作电极内部存在间隙，所述间隙用于收容海水，所述纤维状工作电极的材料为在海水的环境下形成双电层结构的材料，间隙内海水量的变化，实现纤维状工作电极的电势发生变化进而形成电压，同时该纤维状工作电极既可以被扭转又可以被拉伸，进而对低频的海洋能反应更加灵敏，对低频海洋能的回收具有较高的效率。

技术领域

本发明属于能量回收相关技术领域，更具体地，涉及一种纤维工作电极及海洋能量回收装置。

背景技术

海洋能源具有分布广、体量大的优点，特别是海洋波浪能，据估计，在世界各地的海岸线周围所产生的波浪能约为2～3TW，如果在开阔的海洋中对波浪产生的机械能进行回收，那么得到的波浪能还要大一个数量级，因此波浪能量的回收是海洋能源开发的关键方向之一。

目前海洋能量的回收主要依靠电磁发电机实现，例如，一种是摆动式浮标，其是利用水波运动驱动海底的泵并通过一个闭合的环来传递流体，延伸到大约3km的岸边带动电磁发电机产生电力；另一种是连接式的浮动游标，在水波驱动下，利用连接处的液压泵来传递流体至岸上电磁发电机处发电。但电磁发电机设备十分笨重，且其线圈和磁铁容易受到海水腐蚀，成本昂贵；此外，在不规则环境和低频(＜5Hz)下运行时，电磁发电设备的回收效率低，因此，目前的海洋能量回收装置的能量收集性能与成本效率并不理想，该研究主要处于原型开发和测试的早期阶段，在世界上还没有大规模收集海浪能的商用设施。因此，如何在海洋环境中将波浪能转化为电能是目前的研究热点。

现有技术中公开了利用摩擦纳米发电机(TENG)收集波浪能量相比于电磁发电设备更为有效，基于摩擦纳米发电机的设备通常具有重量轻、成本低的特点，自摩擦发电机发明以来，研究者们通过结构设计和性能优化，不断提高了其在海洋能量回收方面的使用性，但基于摩擦纳米发电机的发电特性，其输出性能与频率成正比，即随频率的增加而增加，故摩擦纳米发电机只适用于高频的工作条件，在低于0.1Hz的工作频率下，其输出性能会发生显著下降，现有的基于电化学机理的壳芯纤维状工作电极虽然提高了扭转方向的能量回收效率，但由于其致密的结构，导致其只能通过扭转方向能量的回收，但对于拉伸方向能量的回收则无能为力，因此其只能通过扭转改变其电化学可用表面积，而对于低频的海浪拍打，想对其低频能量进行回收仅仅收集扭转方向的能量是远远不够的，因此亟需设计一种对低频海浪的机械能更加敏感的能量回收装置。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种纤维工作电极及海洋能量回收装置，通过高灵敏度的纤维工作电极的电化学特性的变化实现对低频海洋能的高效回收。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种纤维工作电极，所述纤维状工作电极内部存在与外界连通的间隙，所述间隙用于收容海水，所述纤维状工作电极的材料为在海水的环境下形成双电层结构的材料，所述纤维状工作电极被拉伸或扭转使得所述间隙内的海水量变化，实现所述纤维状工作电极的电化学可用表面积变化，使得所述纤维状工作电极电势发生变化产生电流。

优选地，所述纤维状工作电极的材料包括碳纳米管或石墨烯或多孔碳。

优选地，所述纤维状工作电极的输出功率P与所述纤维状工作电极的密度之间的关系为：

优选地，所述纤维状工作电极采用干法纺丝法制备得到。

本申请另一方面还提供了一种基于上述的纤维状工作电极的海洋能量回收装置，所述能量回收装置包括：弹性拉伸壳体，所述弹性拉伸壳体在外力的作用下转动或拉伸；纤维状工作电极，其一端连接于所述弹性拉伸壳体的一端，所述弹性拉伸壳体拉伸或转动带动所述纤维状工作电极的拉伸或扭转实现能量的回收。