一种基于高粘结性柔性电极的介电弹性体材料发电系统

技术领域

本发明涉及发电领域，具体涉及一种基于高粘结性柔性电极的介电弹性体材料发电系统。

背景技术

人类进入二十一世纪之后，科学技术得到了飞速发展，历史上主要的技术发展都与新能源的利用或能源利用方法的改进有关。现如今伴随着人口和经济迅猛增长，都迫使对能源的需求日益增加。众所周知，虽然我们有丰富的石油、煤炭、天然气等常规化石能源，但它们都是不可再生能源。同时，在使用这类能源时也会使自然环境遭受到了严重的污染和破坏，人类面临着能源枯竭和环境保护的双重压力。如何能够更好对环境周围振动能进行采集，并将其转换为方便再利用的电能，已经成为工程研究领域的一个热点问题。

新型发电材料—介电弹性体功能材料(E-ACE)是一种革命性的新型发电材料，属聚合物，具有大应变、柔顺性、耐冲击、比能量高、材料密度低、可制成不同形状等极佳的整体性能。近几年来利用E-ACE发电的研究发展较快，已经取得了一些成就。例如，把它做成摆动的旗子或者帆，从而可以直接产生形变，产生电能，还可把它和海浪联系起来用以发电。影响介电弹性体能量回收的因素有很多，如柔性电极材料、基础偏置电压、材料自身的介电常数、介电击穿强度、应变、弹性模量复合材料的能量密度、断裂伸长率、力输出等；柔性电极材料是其中一个重要的影响因素，柔性电极制备可以在基质上涂覆电极材料形成，也可以通过与填料合成复合材料，柔性电极不但要能与薄膜一起伸缩，而且还要与高压偏置电压相连，因此，其覆盖绝缘工艺也是一个制约其广泛应用的问题。因此，研制一种高粘结性柔性电极，保证柔性电极不易与介电弹性体分离，以提高介电弹性体材料发电过程中电极材料与丙烯酸紧密粘合程度，从而提升机电转化效率，最终实现介电弹性体对周围环境能量收集效率是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于高粘结性柔性电极的介电弹性体材料发电系统，高粘结性柔性电极可以提高介电弹性体材料发电过程中电极材料与介电弹性体紧密粘合程度，从而提升机电转化效率，最终实现介电弹性体对周围环境能量收集效率。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于高粘结性柔性电极的介电弹性体材料发电系统，包括介电弹性体以及涂覆在所述介电弹性体两侧的柔性薄膜电极，所述柔性薄膜电极包括以下组分的原料制备得到，以重量份数计：

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述导电填充料为导电炭黑、碳纳米管或石墨烯中的一种或多种的组合。

进一步，所述导电炭黑、所述碳纳米管以及所述石墨烯的粒径均为 20～50纳米。

进一步，所述溶剂具体为四氢呋喃、N-甲基吡咯烷酮和N-二甲基甲酰胺中的一种或多种的组合。

进一步，所述粘接剂由瓜尔豆胶、羧基丁苯橡胶、聚氨酯和PEDOT制得；且在所述粘接剂中，各组分以重量份数计的含量如下：

进一步，所述粘接剂的制备方法为：

将所述瓜尔豆胶和所述羧基丁苯橡胶采用共溶液法交联制得交联粘接料；

将所述交联粘接料与所述聚氨酯以及所述PEDOT混合搅拌至混合均匀，制得所述粘接剂。

进一步，所述柔性薄膜电极的制备方法为：

将所述硅胶以及所述导电填充料混入所述溶剂中，搅拌并研磨后进行真空过滤，得到导电剂；

在所述导电剂中添加所述粘接剂，经过超声以及搅拌后形成电极浆料；

将所述电机浆料涂覆于所述介电弹性体两侧并干燥，形成所述柔性薄膜电极。

进一步，所述超声的温度为80～100摄氏度。

进一步，所述柔性薄膜电极的涂覆厚度为50～100微米。

进一步，所述介电弹性体具体为聚丙烯酸酯弹性体。

本发明的有益效果是：在本发明一种基于高粘结性柔性电极的介电弹性体材料发电系统中，采用由硅胶、导电填充料、粘接剂和溶剂组成的高粘结性柔性电极，其中粘接剂可以很好的使柔性电极与介电弹性体材料粘接不分离，粘接性好，可以提高介电弹性体材料发电过程中电极材料与介电弹性体紧密粘合程度，从而提升机电转化效率，最终实现介电弹性体对周围环境能量收集效率。

具体实施方式

以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例一：

一种基于高粘结性柔性电极的介电弹性体材料发电系统，包括介电弹性体以及涂覆在所述介电弹性体两侧的柔性薄膜电极，所述柔性薄膜电极包括以下组分的原料制备得到，以重量份数计：硅胶4份，导电填充料3份；粘接剂1份；溶剂1份。

实施例二：

一种基于高粘结性柔性电极的介电弹性体材料发电系统，包括介电弹性体以及涂覆在所述介电弹性体两侧的柔性薄膜电极，所述柔性薄膜电极包括以下组分的原料制备得到，以重量份数计：硅胶5份，导电填充料4份；粘接剂2份；溶剂2份。

实施例三：

一种基于高粘结性柔性电极的介电弹性体材料发电系统，包括介电弹性体以及涂覆在所述介电弹性体两侧的柔性薄膜电极，所述柔性薄膜电极包括以下组分的原料制备得到，以重量份数计：硅胶4份，导电填充料5份；粘接剂2份；溶剂2份。

实施例四：

一种基于高粘结性柔性电极的介电弹性体材料发电系统，包括介电弹性体以及涂覆在所述介电弹性体两侧的柔性薄膜电极，所述柔性薄膜电极包括以下组分的原料制备得到，以重量份数计：硅胶5份，导电填充料3份；粘接剂2份；溶剂1份。

在以上实施例中：所述导电填充料为导电炭黑、碳纳米管或石墨烯中的一种或多种的组合。具体的，所述导电炭黑、所述碳纳米管以及所述石墨烯的粒径均为20～50纳米。

在以上实施例中：所述溶剂具体为四氢呋喃、N-甲基吡咯烷酮和N-二甲基甲酰胺中的一种或多种的组合。

在以上实施例中：所述粘接剂由瓜尔豆胶、羧基丁苯橡胶、聚氨酯和 PEDOT制得；且在所述粘接剂中，各组分以重量份数计的含量如下：

例如：瓜尔豆胶3份、羧基丁苯橡胶3份、聚氨酯2份和PEDOT(PEDOT 是EDOT(3,4-乙烯二氧噻吩单体)的聚合物)1份；又例如：瓜尔豆胶5份、羧基丁苯橡胶5份、聚氨酯3份和PEDOT 2份；又例如：瓜尔豆胶4份、羧基丁苯橡胶4份、聚氨酯3份和PEDOT 2份。

具体的，所述粘接剂的制备方法为：将所述瓜尔豆胶和所述羧基丁苯橡胶采用共溶液法交联制得交联粘接料；将所述交联粘接料与所述聚氨酯以及所述PEDOT混合搅拌至混合均匀，制得所述粘接剂。

在本发明中，瓜尔豆胶可以有效地粘结活性物质、导电碳和集流体，将羧基丁苯橡胶和瓜尔豆胶富含的羟基进行分子间交联，两者之间通过一定比例交联后保留了各自的优势，形成粘结力强，机械强度大的交联粘接料。聚氨酯主要是具有热塑性的线性结构，它具有更好的稳定性、耐化学性、回弹性和力学性能，具有更小的压缩变型性，PEDOT具有分子结构简单、能隙小、电导率高等特点，在交联粘接料添加聚氨酯和PEDOT能提高柔性电极的稳定和导电性。

在以上实施例中：所述柔性薄膜电极的制备方法为：将所述硅胶以及所述导电填充料混入所述溶剂中，搅拌并研磨后进行真空过滤，得到导电剂；在所述导电剂中添加所述粘接剂，经过超声以及搅拌后形成电极浆料；将所述电机浆料涂覆于所述介电弹性体两侧并干燥，形成所述柔性薄膜电极。具体的，所述超声的温度为80～100摄氏度。具体的，所述柔性薄膜电极的涂覆厚度为50～100微米。具体的，所述介电弹性体具体为聚丙烯酸酯弹性体。

在本发明一种基于高粘结性柔性电极的介电弹性体材料发电系统中，采用由硅胶、导电填充料、粘接剂和溶剂组成的高粘结性柔性电极，其中粘接剂可以很好的使柔性电极与介电弹性体材料粘接不分离，粘接性好，可以提高介电弹性体材料发电过程中电极材料与介电弹性体紧密粘合程度，从而提升机电转化效率，最终实现介电弹性体对周围环境能量收集效率。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。