一种基于纳米发电和E-ACE材料的网状发电装置

一种基于纳米发电和e-ace材料的网状发电装置
技术领域
1.本实用新型涉及一种发电装置，尤其涉及一种基于纳米发电和e-ace材料的网状发电装置。


背景技术：

2.在气候变暖和能源危机的全球性危机情况下，风能作为一种大自然馈赠的重要机械能被广泛认为是一种重要的可再生绿色能源，但基于电磁感应发电技术的传统风力发电技术具有体积大、质量大、成本高、低风速驱动难等问题。虽然双压电晶片换能器结构在一定程度上解决了传统风力发电的启动速度低的缺点，但其结构较复杂、输出效率低，在弱风速情况下同样难以广泛应用。因此，开发新型风力发电技术，并将其推广到较大的适用范围（尤其是弱风环境下）和人们的日常生活中，具有很大的必要性和现实意义。
3.zhao等设计了一种2d结构的独立编织摩擦电纳米发电机(woven triboelectric nanogenerator，wteng)旗，可以从任意方向获取高空风能，当匹配电阻为6.5mω时，输出峰值功率密度最大值达到135m w/kg。研究发现，这个2d wteng标志也可以在多层的平行连接中叠加，以实现线性增加的输出。此外，wteng 旗质量轻、成本低、易于扩展，在天气/环境传感/监测系统中有着巨大的应用前景。
4.在自然界中，大部分机械振动的方向和频率是不固定的，因此很难有效地进行能量采集。yang通过提出一种三维结构的teng，它既可以工作于垂直-接触分离模式，又可以工作于水平滑动模式。研究者进行了3组实际应用研究。第1组是将三维teng安装在一个电缆上，在风吹或雨滴的微小扰动下，所采集的振动能可有效点亮40个led。第2组是将三维 teng捆绑在人腿上，通过采集行走过程中人体的振动能，可以有效点亮 40 个商用led。第3组将三维的teng固定在自行车车轮上，在车轮转动过程中，30个串联的商用led可以直接被点亮。以上研究表明 teng在日常生活中具有一定的实用性，并且基于其体积小、结构多样且环保无污染等特性，有望在以后会得到广泛应用。
5.但上述结构均存在制作成本较高、对风能等自然界能量利用率较低、发电量较小且不能应用于高功率的用电设备的缺陷。


技术实现要素：

6.本实用新型所要解决的技术问题是提供一种结构简单、成本低、发电效率高的基于纳米发电和e-ace材料的网状发电装置。
7.为解决上述问题，本实用新型所述的一种基于纳米发电和e-ace材料的网状发电装置，其特征在于：该装置包括数条螺旋弹簧、与所述螺旋弹簧相连的储能装置、固定在任意一条树枝上的固定夹和套装在所述螺旋弹簧外侧的e-ace材料；数条所述螺旋弹簧中的三条端部连接一个节点，每个节点对应一条树枝；每条所述螺旋弹簧中每一小节的间隙设置两个abs圆片作为对立面，其中一个abs圆片上安装pmma圆片，另一个abs圆片上安装kapton圆片；所述abs圆片与所述pmma圆片之间、所述abs圆片与所述kapton圆片之间均设
置铜箔；所述螺旋弹簧的表面缠绕有导线，该导线的一端与所述铜箔相连，另一端与所述储能装置相连；所述储能装置的一面设有所述固定夹。
8.所述储能装置呈三棱锥形状，其三个角各焊接一条所述螺旋弹簧的一端，通过焊点处的小孔使所述螺旋弹簧上的所述导线的正负极进入该储能装置中。
9.所述树枝为数条，且与所述节点一一对应。
10.所述e-ace材料呈圆柱形，其内侧壁和外侧壁表面上均涂覆有屈从电极。
11.所述屈从电极的厚度为3.0mm~4.0mm。
12.所述屈从电极的涂抹面积分别为所述e-ace材料的内侧壁、外侧壁表面面积的 4/5。
13.本实用新型与现有技术相比具有以下优点：
14.1、由于本实用新型中包括数条螺旋弹簧、与螺旋弹簧相连的储能装置、固定在任意一条树枝上的固定夹和套装在螺旋弹簧外侧的e-ace材料；数条螺旋弹簧中的三条端部连接一个节点，每个节点对应一条树枝进行固定，将风能带动树枝摆动的能量转化为电能，形成网状结构的发电装置，从而提高了发电效率和发电量。
15.2、采用本实用新型后，每一棵树就是一个充电柱，大大节省了不可再生能源的利用，应用范围更加广泛，所产生的电量可以应用于交通信号灯、照明灯、测速仪等交通用电设备，也可以将能量储存起来用于电动汽车的充电。
16.3、本实用新型所需要的零件较少，结构较简单，制作容易，且成本较小；在提供大量电能的情况下，对环境没有任何的破坏和污染。
附图说明
17.下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。
18.图1为本实用新型的结构示意图。
19.图2为本实用新型中螺旋弹簧的示意图。
20.图3为本实用新型中储能装置的示意图。
21.图4为本实用新型中e-ace材料的示意图。
22.图中：1—螺旋弹簧；2—abs圆片；3—铜箔； 4—pmma圆片；5—kapton圆片；6—储能装置；7—导线；8—固定夹；9—e-ace材料。
具体实施方式
23.如图1~4所示，一种基于纳米发电和e-ace材料的网状发电装置，该装置包括数条螺旋弹簧1、与螺旋弹簧1相连的储能装置6、固定在任意一条树枝上的固定夹8和套装在螺旋弹簧1外侧的e-ace材料9。
24.数条螺旋弹簧1中的三条端部连接一个节点，每个节点对应一条树枝；每条螺旋弹簧1中每一小节的间隙设置两个abs圆片2作为对立面，其中一个abs圆片2上安装pmma圆片4，另一个abs圆片2上安装kapton圆片5；abs圆片2仅起支撑作用。abs圆片2与pmma圆片4之间、abs圆片2与kapton圆片5之间均设置铜箔3；螺旋弹簧1的表面缠绕有导线7，该导线7的一端与铜箔3相连实现电能传导，另一端与储能装置6相连将电能储存起来。储能装置6的一面设有固定夹8，该固定夹8的作用是将储能装置6作为结点固定在任意一条树枝上，使得螺
旋弹簧1的伸缩能力增强，如果每一条树枝都安装储能装置6，那么整个树将构成一张发电网。
25.其中：储能装置6呈三棱锥形状，其三个角各焊接一条螺旋弹簧1的一端，通过焊点处的小孔使螺旋弹簧1上的导线7的正负极进入该储能装置6中将电能储存起来。
26.树枝为数条，且与节点一一对应。
27.e-ace材料9呈圆柱形，是为了更好地适应螺旋弹簧1的拉伸与压缩，其内侧壁和外侧壁表面上均涂覆有屈从电极。
28.屈从电极的厚度为3.0mm~4.0mm；屈从电极在内侧壁、外侧壁表面的涂抹面积分别为 e-ace 内侧壁、外侧壁面积的 4/5。e-ace材料9随着螺旋弹簧1的伸缩产生形变，从而产生电能，通过导线7汇聚到储能装置6。屈从电极为石墨或导电胶，采用石墨或导电胶可使该装置机械能到电能的转化效率提高。
29.pmma圆片4和kapton圆片5可以用pvc薄膜和聚四氟乙烯薄膜、fep膜和al（铝）代替。
30.本实用新型工作原理：当风力作用于树枝使其摆动时，螺旋弹簧1由树枝间的作用力使其进行伸缩运动，带动abs圆片2上的pmma圆片4和kapton圆片5进行一定频率的相互碰撞分离，从而产生垂直-分离式摩擦纳米发电。一般teng开路电压的主要是由两个摩擦层之间的分离距离决定；短路电流主要由两层间接触面积和接触分离的速率决定。电能通过铜箔3的传导进入导线7，并通过储能装置6将电能储存起来。