【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及激光加工及其應用，尤其是一種濕氣發電裝置及其制造方法。
技術介紹
1、隨著化石資源的枯竭和環境污染的加劇，對綠色可再生能源的需求日益迫切。探索新的綠色能源資源被視為緩解能源危機的有效途徑之一。水作為一種豐富的可再生資源，可以通過流動、蒸發和擴散等方式轉化為電能。目前，已有多種新能源轉換設備發展起來，如熱電化學電池、太陽能電池、熱電發電機和摩擦電納米發電機等。其中，利用水分子與功能材料之間的相互作用產生電能的濕氣發電技術，因其環保性和可持續性而受到廣泛關注。
2、濕氣發電技術主要分為水蒸發誘導的電力發電機（wegs）和濕氣發電（megs），前者通過水的蒸發產生電力，后者通過吸收濕氣產生電力。megs因其良好的環境適應性，能夠自發吸收空氣中的濕氣，作為一種新興的綠色能源技術，激發了學者們的研究興趣。然而在實際應用中，為了滿足不同的功率和電壓需求，濕氣發電裝置需要能夠靈活地進行串聯和并聯切換，但現有技術在這一方面的解決方案還不夠成熟和高效。在極端氣候條件下，如高濕度或干燥環境，濕氣發電裝置的性能會受到影響，限制了其應用范圍。
3、本專利技術在串并聯設計方面，本專利技術專利采用不同方式的渠道進行串并聯區分。并且大多數濕氣發電裝置的能量轉換效率較低，難以滿足大規模能源供應的需求。本專利技術采用傳統亞克力板作為發電片支撐材料可以大大減低外界對發電片干擾，同時對產電能力大大加強，由于亞克力板是絕緣材質，發電片所產電力均通過特定渠道進行傳導。同時這些技術也為其他研究者提供新思路新想法。
4、基于
技術實現思路
1、本專利技術提出一種濕氣發電裝置及其制造方法，能夠解決串并聯切換問題，能形成高效率、高穩定性、高適應性的濕氣發電解決方案，以滿足不同環境條件下的能源需求。
2、本專利技術采用以下技術方案。
3、一種濕氣發電裝置，所述裝置包括發電片、基板、覆板；所述發電片包括頂端處的金屬層（1）和底端處的發電層（2）；金屬層與發電層通過無紡布固定連接；發電層為碳納米管層與凝膠層結合的組合體；碳納米管層的碳納米管在無紡布處形成非對稱結構，非對稱結構的化學官能團和水分含量均呈梯度分布，當發電層接觸濕氣時，濕氣在非對稱結構內引入水滴，以溶劑化作用誘導納米材料內部含氧官能團解離生成自由移動離子，并形成具有尺寸上差異以及空間限域作用的離子濃度差，使發電層內部產生正電荷定向遷移以產生電能。
4、發電片內存在大的共軛結構或長鏈分子，當發電層接觸濕氣時，發電層的納米材料的含氧官能團解離生成自由移動的陰離子，陰離子位置被限制于發電片內大的共軛結構或長鏈分子中，在發電片材料內部形成陽離子梯度結構。在離子濃度梯度的驅動下，陽離子從濃度較高的區域向濃度較低的區域擴散，使得當外部負載與發電片連接形成閉合電路時在外部電路中產生電能。
5、所述發電層的納米材料為羥基化碳納米管粉體。
6、所述發電片固定于基板上的發電單元內，發電單元頂部設有帶注水口的覆板，發電單元啟動時，其注水口（13）直接暴露在周圍的濕氣環境中；所述注水口為具有微孔結構的開放式端口，用于感知并吸收外界空氣中的水分；經注水口被吸入發電單元的水分在覆板區域匯聚后，通過覆板內部的導流槽和毛細管結構沿著既定路徑集中流向覆板的各滲水區，各滲水區位于各發電片的金屬層上方或與金屬層頂部相接，水在通過滲水區（12）后，浸入發電片以產生電壓；
7、所述發電單元以并聯或串聯的方式組合，發電單元內的無紡布為強吸水性材料，其通過為發電片提供穩定的濕潤環境來持續產生電壓，以水分子在發電片處的流動、電解質的分布啟動發電過程；當吸入發電片的水量達到無紡布吸水最大極限時，發電片的水閾值排水口（4）在發電片內外的水滲透壓差下自動開啟，將多余的水分排出發電片，確保發電片的發電過程處于安全、穩定的水分平衡狀態；
8、濕氣發電裝置包括串聯接口或并聯接口，還包括多個發電片；
9、串聯接口包括串聯負極接口（3）、串聯正極接口（6）；并聯接口包括并聯負極接口（5）、并聯正極接口（9）；
10、當需要發電片以串聯狀態提供電能時，各發電片接入串聯接口；當需要發電片以并聯狀態提供電能時，各發電片接入并聯接口。
11、所述凝膠層為第一單體、第二單體、第三單體通過自由基共聚反應形成的共聚物，共聚物具備良好的機械強度和伸縮性；
12、所述第一單體為由聚氯乙烯構成的基礎骨架，用于提供凝膠層主體結構和力學性能；
13、所述第二單體為由[2-(甲基丙烯酰氧基)乙基]二甲基-(3-磺基丙基)氫氧化銨sbma構成的親水性基團，用于增強凝膠層對水分子吸附能力；
14、所述第三單體為由2-甲基丙烯酸羥乙酯(hema)構成的柔性鏈段，用于提高凝膠層柔韌性和適應不同形狀設備能力。
15、所述碳納米管層頂端覆蓋凝膠層厚度范圍為0.1至1毫米，通過調整凝膠層厚度來使發電裝置在安裝時能適應不同設備表面曲率和所需電信號靈敏度；
16、所述凝膠層厚度通過控制浸染次數和烘干時間來精確調控；
17、所述凝膠層表面經過特殊處理來增強凝膠層與金屬層粘附力，所述特殊處理的方法包括氧離子體處理。
18、所述凝膠層中引入動態共價鍵或可逆非共價鍵，通過共價鍵的相互作用形成凝膠層的自愈合功能，自愈合功能用于在受到凝膠層受到輕微損傷時自動修復凝膠層，以保持傳感器性能穩定。
19、濕氣發電裝置的制備方法，包括以下步驟；
20、步驟s1、制備碳粉溶液，將羥基化碳納米管粉劑與等離子水按照1：1：100混合攪拌4~6小時；
21、步驟s2、凝膠與等離子水依據3：10比例進行充分攪拌，待其完全溶解后按照每毫升3g海鹽的比例進行添加并充分攪拌直至完全溶解；
22、步驟s3、打開激光切割機依據所設計圖案進行切割，材料需采用相同規格無紡布；
23、步驟s4、取出利用激光切割機所切割無紡布并完全浸入步驟s1制備溶液內進行充分浸泡；
24、步驟s5、將步驟s4制備無紡布并對其進行加熱處理，處理溫度與時間為80度60分鐘；
25、步驟s6、將步驟s5干燥無紡布重新放入步驟s1制備溶液中進行多次浸泡，重復至少3次以上；
26、步驟s7、多次浸染無紡布進行多次烘干；
27、步驟s8、將步驟s7烘干無紡布放入步驟s2溶液中，由于無紡布具有吸水性，故無紡布僅需侵染一半面積即可，因需形成不對稱結構，故無紡布需且僅需侵染一半面積；
28、步驟s9、對步驟s8中浸染步驟s2溶液中無紡布進行低溫3小時烘干；
29、所述步驟s3具體包括以下步驟：
30、步驟s31、在相對干燥環境下，利用激光切割軟件對無紡布形狀進行矢量畫圖即圓形形狀，并將激光電流調整為5.3~5.5之間；
31、步驟s32、在激光切割機平臺放入本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種濕氣發電裝置，其特征在于：所述裝置包括發電片、基板、覆板；所述發電片包括頂端處的金屬層（1）和底端處的發電層（2）；金屬層與發電層通過無紡布固定連接；發電層為碳納米管層與凝膠層結合的組合體；碳納米管層的碳納米管在無紡布處形成非對稱結構，非對稱結構的化學官能團和水分含量均呈梯度分布，當發電層接觸濕氣時，濕氣在非對稱結構內引入水滴，以溶劑化作用誘導納米材料內部含氧官能團解離生成自由移動離子，并形成具有尺寸上差異以及空間限域作用的離子濃度差，使發電層內部產生正電荷定向遷移以產生電能。
2.根據權利要求1所述的一種濕氣發電裝置，其特征在于：發電片內存在大的共軛結構或長鏈分子，當發電層接觸濕氣時，發電層的納米材料的含氧官能團解離生成自由移動的陰離子，陰離子位置被限制于發電片內大的共軛結構或長鏈分子中，在發電片材料內部形成陽離子梯度結構。
3.在離子濃度梯度的驅動下，陽離子從濃度較高的區域向濃度較低的區域擴散，使得當外部負載與發電片連接形成閉合電路時在外部電路中產生電能。
4.根據權利要求2所述的一種濕氣發電裝置，其特征在于：所述發電層的納米材料為
5.根據權利要求2所述的一種濕氣發電裝置，其特征在于：所述發電片固定于基板上的發電單元內，發電單元頂部設有帶注水口的覆板，發電單元啟動時，其注水口（13）暴露在周圍的濕氣環境中；所述注水口為具有微孔結構的開放式端口，用于感知并吸收外界空氣中的水分；經注水口被吸入發電單元的水分在覆板區域匯聚后，通過覆板內部的導流槽和毛細管結構沿著既定路徑集中流向覆板的各滲水區，各滲水區位于各發電片的金屬層上方或與金屬層頂部相接，水在通過滲水區（12）后，浸入發電片以產生電壓；
6.根據權利要求1所述的一種濕氣發電裝置，其特征在于：所述凝膠層為第一單體、第二單體、第三單體通過自由基共聚反應形成的共聚物，共聚物具備良好的機械強度和伸縮性；
7.根據權利要求1所述的一種濕氣發電裝置，其特征在于：所述碳納米管層頂端覆蓋凝膠層厚度范圍為0.1至1毫米，通過調整凝膠層厚度來使發電裝置在安裝時能適應不同設備表面曲率和所需電信號靈敏度；
8.根據權利要求1所述的一種濕氣發電裝置，其特征在于：所述凝膠層中引入動態共價鍵或可逆非共價鍵，通過共價鍵的相互作用形成凝膠層的自愈合功能，自愈合功能用于在受到凝膠層受到輕微損傷時自動修復凝膠層，以保持傳感器性能穩定。
9.濕氣發電裝置的制備方法，其特征在于：包括以下步驟；
10.根據權利要求9所述的濕氣發電裝置的制備方法，其特征在于：制備碳粉溶液時，使用分散劑，分散劑為陰離子表面活性劑、陽離子表面活性劑、非離子表面活性劑、合成聚合物分散劑或天然高分子分散劑中至少一種；
...【技術特征摘要】
1.一種濕氣發電裝置，其特征在于：所述裝置包括發電片、基板、覆板；所述發電片包括頂端處的金屬層（1）和底端處的發電層（2）；金屬層與發電層通過無紡布固定連接；發電層為碳納米管層與凝膠層結合的組合體；碳納米管層的碳納米管在無紡布處形成非對稱結構，非對稱結構的化學官能團和水分含量均呈梯度分布，當發電層接觸濕氣時，濕氣在非對稱結構內引入水滴，以溶劑化作用誘導納米材料內部含氧官能團解離生成自由移動離子，并形成具有尺寸上差異以及空間限域作用的離子濃度差，使發電層內部產生正電荷定向遷移以產生電能。
2.根據權利要求1所述的一種濕氣發電裝置，其特征在于：發電片內存在大的共軛結構或長鏈分子，當發電層接觸濕氣時，發電層的納米材料的含氧官能團解離生成自由移動的陰離子，陰離子位置被限制于發電片內大的共軛結構或長鏈分子中，在發電片材料內部形成陽離子梯度結構。
3.在離子濃度梯度的驅動下，陽離子從濃度較高的區域向濃度較低的區域擴散，使得當外部負載與發電片連接形成閉合電路時在外部電路中產生電能。
4.根據權利要求2所述的一種濕氣發電裝置，其特征在于：所述發電層的納米材料為羥基化碳納米管粉體。
5.根據權利要求2所述的一種濕氣發電裝置，其特征在于：所述發電片固定于基板上的發電單元內，發電單元頂部設有帶注水口的覆板，發電單元啟動時，其注水口（13）暴露在周...
【專利技術屬性】
技術研發人員：黃健萌，賈海超，孫浩，胡鴻鑫，蔡明辰，吳鷺晨，王斌輝，
申請(專利權)人：福州大學，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。