[发明专利]用于收集海洋能的跷跷板式摩擦纳米发电机及其操作方法

说明书

本发明提供一种用于收集海洋能的跷跷板式摩擦纳米发电机及其操作方法，该摩擦纳米发电机包括底座，底座上设有支撑架，横杆通过轴承转动安装在支撑架上，横杆两端均设有挡板，挡板和底座之间设有摩擦纳米发电机单元。该跷跷板式摩擦纳米发电机机器操作方法能够对海洋波浪能进行收集利用，摩擦接触面积大，提高能量转换效率。

技术领域

本发明涉及摩擦纳米发电机领域，特别涉及一种用于收集海洋能的跷跷板式摩擦纳米发电机及其操作方法。

背景技术

传统能源（比如煤炭、石油、天然气等）是当今社会快速发展，人们稳定生活所必不可少的，但是地球上的资源总量是有限的，无法永无止尽的开采。另外，随着可移动电子设备数量的激增，对电池的需求也进一步增大，而废弃的电池会对环境造成污染。因此，开发一种清洁高效的能源或提高能量利用率将成为未来的热点问题。目前已经尝试成功的新型能量收集方式有电化学反应、光电反应、静电感应等。近年来，对环境机械能量的收集已经成为能量收集和材料领域研究的热点和重点。2012年，王中林教授及其团队首次基于摩擦起电效应和静电感应耦合原理制备出了一种新型能量收集装置——摩擦纳米发电机（Triboelectric Nanogenerator TENG），其工作原理主要是通过两种摩擦电极不同的材料在相互接触摩擦时产生摩擦电荷，分离时由于两接触材料表面的电势不同从而在外界电路中产生摩擦电流，目前已表现出设计结构简单、成本低、摩擦能量大、收集能源范围广等优点并迅速得到广泛关注和发展。

由于TENG可以将机械能转换成电能，因此经常用来收集环境中的各种自然能量，比如海洋能、风能、雨滴能等。目前海洋能的收集应用最为广泛，为了能更好的收集海洋中的波浪能，多采用球在曲面上滚动的单电机摩擦纳米发电机，而这种装置采用的是点面接触，有效接触面的面积没有面-面接触的面积大，因此会造成电信号输出不高，能量转换效率低等缺点。另外，由于发电效率、接线强度、发电装置密封和TENG材料耐用性等诸多限制，使用TENG难以实现大规模的自然机械能收集。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于收集海洋能的跷跷板式摩擦纳米发电机及其操作方法，能够对海洋波浪能进行收集利用，摩擦接触面积大，提高能量转换效率。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种用于收集海洋能的跷跷板式摩擦纳米发电机，包括底座，底座上设有支撑架，横杆通过轴承转动安装在支撑架上，横杆两端均设有挡板，挡板和底座之间设有摩擦纳米发电机单元。

优选的方案中，所述支撑架顶部设有顶板，横杆两端分别设有上下两组挡板，上层的挡板和顶板之间设有摩擦纳米发电机单元。

优选的方案中，所述摩擦纳米发电机单元包括设置在挡板上侧或下侧的第一摩擦层，底座或顶板对应挡板的位置设有第二摩擦层。

优选的方案中，所述第一摩擦层和第二摩擦层均包括基板，基板包括PI薄膜和设置在PI薄膜上的电极，第一摩擦层和第二摩擦层的基板上设置摩擦电极不同的摩擦层。

优选的方案中，所述第一摩擦层的基板上远离挡板的一侧设有PVDF层，第二摩擦层的基板上靠近第一摩擦层的一侧设有尼龙层。

优选的方案中，所述横杆端部设有安装斜面，挡板设置在安装斜面上，安装斜面与横杆之间的角度为15~30°。

本发明还提供一种用于收集海洋能的跷跷板式摩擦纳米发电机的操作方法，包括如下步骤：

步骤一、将支撑架固定在底座上，横杆通过轴承转动安装在支撑架上，横杆两端的挡板上安装第一摩擦层，底座上相对挡板的位置安装第二摩擦层；

步骤二、将第一摩擦层和第二摩擦层的电极通过导线与整流桥的AC端口连接，整流桥的正、负端接入电路；

步骤三、将底座固定在浮体上，把浮体放置在海水中，收集海洋的波浪能进行发电。

本发明提供的一种用于收集海洋能的跷跷板式摩擦纳米发电机及其操作方法，具有以下有益效果：