[发明专利]一种基于甘蔗的蒸发驱动发电材料的制备方法

说明书

一种基于甘蔗的蒸发驱动发电材料的制备方法，属于新能源技术领域。对甘蔗片材进行浸泡去除甘蔗内糖分，取得去糖后的甘蔗；将去糖后的甘蔗进行冷冻干燥，得到干燥的甘蔗，然后于、柠檬酸和三乙胺组成的改性溶剂中进行羧基化改性反应，再以丙酮和去离子水洗净后冷冻干燥，取得改性甘蔗；最后通过防水胶布将电极固定在改性甘蔗的上下表面，得到蒸发驱动发电材料。本发明构筑简单、操作便捷、成本低廉、适合大规模生成，所制备的器件可将溶液自发蒸发过程中的能量转换成电能，并通过合适的串/并联可用于电子器件的即时供电。

技术领域

本发明属于新能源技术领域，具体涉及基于甘蔗的蒸发驱动发电材料的制备。

背景技术

近些年随着纳米科学技术的不断发展，研究学者们发现了越来越多的以前难以利用的低频机械运动的机械能或其他低品位能源等转换为电能的形式，如摩擦电、驻极体、压电、热电以及水伏发电等。其中水伏发电是一种清洁且发展潜力巨大的方式。

2017 年以来，水伏发电现象迎来了重大突破，研究学者们发现在不需要外加作用力的条件下也能利用流动电势产生电能。国外著名期刊 Nature Nanotechnology 报道称，只需将经过等离子体处理的炭黑片插入装有去离子水的烧杯中即可发电。在这类器件中，紧密填充的多孔碳纳米颗粒形成了连续的微通道，而在毛细压力和自然蒸发的作用下，水渗透到这些多孔碳纳米管中，引起流动电势，器件产生的开路电压可达1 V左右。然而，这些纳米发电机大多数是基于多孔材料，如炭黑、金属氧化物、纤维素纸等材料，不属于天然材料，需要经过多次的加工，并且这些器件来源不太广泛、构造复杂且成本偏高。

发明内容

为了克服现有的蒸发驱动纳米发电机来源不太广泛、构造复杂且成本偏高的问题，本发明提供一种基于甘蔗的蒸发发电材料的制备。

本发明包括以下步骤：

1）对甘蔗片材进行浸泡去除甘蔗内糖分，取得去糖后的甘蔗；

2）将去糖后的甘蔗进行冷冻干燥，得到干燥的甘蔗；

3）将干燥的甘蔗置于由水、柠檬酸和三乙胺组成的改性溶剂中进行羧基化改性反应，然后再以丙酮和去离子水洗净后冷冻干燥，取得改性甘蔗；

4）通过防水胶布将电极固定在改性甘蔗的上下表面，得到蒸发驱动发电材料。

本发明采用天然的生物质材料甘蔗作为关键基底材料，并在水洗浸泡去甘蔗内的糖份后进行冷冻干燥，再通过三乙胺与柠檬酸对其进行羧基化改性，通过在改性后的甘蔗上下表面耦合电极，将其浸泡于去离子水中，水分子通过甘蔗自身孔道结构自动吸水，实现自发的蒸发驱动发电，在优化条件下单个材料在水溶液的开路电压与短路电流密度可达0.34 V和10 mA/m²。

本发明器件构筑简单、操作便捷、成本低廉、适合大规模生成，所制备的器件可将溶液自发蒸发过程中的能量转换成电能，并通过合适的串/并联可用于电子器件（如小灯泡、小风扇和手机等）的即时供电。

进一步地，本发明所述步骤1）中甘蔗片材高度为1.5 cm。当甘蔗片材高度为1.5cm时，蒸发驱动发电材料的开路电压最大，性能最优。当甘蔗的高度从1.5cm开始增加时，蒸发驱动发电材料的开路电压呈现下降的趋势，其原因在于随着甘蔗内部孔道高度的增加，水分很难达到甘蔗顶部的电极表面，很难构成发电器件的电流回路，造成测量的性能差，甘蔗高度为1cm时性能也比1.5cm时差，其原因在于甘蔗在1cm时会随着水的膨胀而弯曲，发生严重的变形，导致性能差，根据实验的结果，当甘蔗高度在1.5cm时，甘蔗的性能是最优的。

本发明所述步骤3）中改性溶剂中去离子水、柠檬酸和三乙胺的混合比为10mL∶15g∶0.5mL。在该混合比条件下蒸发驱动发电材料的开路电压最大，性能最优。

为了使反应充分进行取得完全改性的材料，所述步骤3）中羧基化改性反应时采用用保鲜膜和锡纸进行密封后放入120℃烘箱中处理4h。