全文摘要
一种柔性的全固态鞋垫俘能装置，包括软基底外包，软基底外包内侧粘结有复合电极及柔性对电极，所述复合电极以柔性多孔导电材料为集流体和骨架并电镀有石墨烯组成，所述复合电极和柔性对电极由固态电解质相隔且与固态电解质相粘结，连接在复合电极和柔性对电极上的外接铜线作为电压输出端；该俘能装置安装于鞋垫内部的前脚掌和脚后跟位置处；本实用新型鞋垫俘能装置基于双电层理论，可将人体在走动过程中，脚掌对鞋垫俘能装置作用的动能转换为可使用的电能，用于小型的传感器设备的电能供应，同时该柔性全固态鞋垫俘能装置具有良好的柔性、无化学污染、成本低廉的优异特性，便于大规模的生产和使用。
主设计要求
1.一种柔性全固态鞋垫俘能装置，其特征在于：包括软基底外包(1)，软基底外包(1)内侧粘结有复合电极(7)及柔性对电极(4)，所述复合电极(7)以柔性多孔导电材料(2)为集流体和骨架并电镀有石墨烯(3)组成，所述复合电极(7)和柔性对电极(4)由固态电解质(5)相隔且与固态电解质(5)相粘结，连接在复合电极(7)和柔性对电极(4)上的外接铜线(6)作为电压输出端；所述的柔性全固态鞋垫俘能装置安装于鞋垫内部的前脚掌(8)和脚后跟(9)位置处。
设计方案
1.一种柔性全固态鞋垫俘能装置，其特征在于：包括软基底外包(1)，软基底外包(1)内侧粘结有复合电极(7)及柔性对电极(4)，所述复合电极(7)以柔性多孔导电材料(2)为集流体和骨架并电镀有石墨烯(3)组成，所述复合电极(7)和柔性对电极(4)由固态电解质(5)相隔且与固态电解质(5)相粘结，连接在复合电极(7)和柔性对电极(4)上的外接铜线(6)作为电压输出端；所述的柔性全固态鞋垫俘能装置安装于鞋垫内部的前脚掌(8)和脚后跟(9)位置处。
2.根据权利要求1所述的一种柔性全固态鞋垫俘能装置，其特征在于：所述软基底外包(1)采用硅胶或PDMS绝缘柔性材料。
3.根据权利要求1所述的一种柔性全固态鞋垫俘能装置，其特征在于：所述柔性多孔导电材料(2)的材料采用泡沫镍、碳布或不锈钢网。
4.根据权利要求1所述的一种柔性全固态鞋垫俘能装置，其特征在于：所述固态电解质(5)将复合电极(7)和柔性对电极(4)相隔开，具有隔膜的作用。
5.根据权利要求1所述的一种柔性全固态鞋垫俘能装置，其特征在于：所述复合电极(7)和柔性对电极(4)与外接铜线(6)通过导电银浆进行粘结。
设计说明书
技术领域
本实用新型涉及能量转换技术领域，具体涉及一种基于双电层原理，将人体在运动过程中，脚掌对鞋垫俘能装置的作用动能转换为电能的装置。
背景技术
随着科技的发展，人类对能源的需求越来越大，小至几微瓦、大至上千瓦的电能。目前人类社会生活中，大型能源采用火力发电、水力发电等方式进行能源获取，小型能源设备则是采用一次性电池、可循环使用的电池等储能设备进行能源获取，以上能源获取方式造成大量的环境污染、能源浪费、化石能源枯竭，人类面临能源危机，急需开发新型的能源获取方式。同时，人类生活环境中存在的废能以多种形式存在，如海洋能、太阳能、散热能、人体运动能等，这些废能的存在使得大量的能源被浪费掉，没有更好地回收利用。
两个不同的物相之间接触时，在两相间产生电势，这是由于电荷分离引起的，两相各有过剩的电荷，电量相等，正负号相反，相互吸引，形成双电层结构。基于双电层原理，利用具有巨大比表面积的石墨烯纳米多孔材料与电解质相接触，在石墨烯与电解质的接触界面上形成双电层结构，当外力作用下，双电层结构破坏，可有效地将其动能转换为电能。这是一种新型的能量获取方式，为小型能源设备的研发提供了新的思路。
实用新型内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本实用新型提供一种柔性全固态鞋垫俘能装置，基于双电层原理，能够有效地将人体运动过程中，脚掌对鞋垫的踩压所形成的废动能转换为微弱的电能，可用于小型的传感器的供电，提供一种研发小型能源设备的新思路。
为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种基于双电层理论的柔性全固态鞋垫俘能装置包括软基底外包1，软基底外包1内侧粘结有复合电极7及柔性对电极4，所述复合电极7以柔性多孔导电材料2为集流体和骨架并电镀有石墨烯3组成，所述复合电极7和柔性对电极4由固态电解质5相隔且与固态电解质5相粘结，连接在复合电极7和柔性对电极4上的外接铜线6作为电压输出端；所述的柔性全固态鞋垫俘能装置安装于鞋垫内部的前脚掌8和脚后跟9位置处。
所述软基底外包1采用硅胶或PDMS等绝缘的柔性材料。
所述以柔性多孔导电材料2为集流体和骨架并电镀有石墨烯3的复合电极7与柔性对电极4，利用固态电解质5间隔，采用长时间外压使三者进行粘结，并采用软基底1对其进行外包，其中柔性多孔导电材料2采用泡沫镍、碳布、不锈钢网等材料。
所述固态电解质5将复合电极7和柔性对电极4相隔开，具有隔膜的作用，其由电解质溶液和聚乙烯醇进行混合，并长时间室温干燥制备而成，其中电解质溶液采用KCl溶液或NaCl溶液等无毒无害的电解质溶液。
所述复合电极7和柔性对电极4与外接铜线6通过导电银浆进行粘结，将外接铜线6作为电压输出端。
本实用新型柔性全固态鞋垫俘能装置先制备以柔性多孔导电材料2为集流体和骨架并电镀有石墨烯3的复合电极7，并制备固态电解质5；再将复合电极7和固态电解质5、柔性对电极4做成三明治结构，采用长时间外压使得复合电极7和柔性对电极4分别与固态电解质5粘结紧密；然后利用软基底外包1对该三明治结构进行外包，再利用导电银浆将外接铜线6粘结于复合电极7和柔性对电极4上，作为电压输出端。将柔性全固态鞋垫俘能装置制备完成后，安装于鞋垫的前脚掌8和脚后跟9位置处。当人体运动时，该俘能装置受到脚掌的踩压，使得双电层结构破坏，产生电势差，作为输出电压值，用于其他小型传感器的供电。
和现有技术相比较，本实用新型具备如下优点：
(1)基于双电层原理进行废能回收，并转换为可使用的电能，无任何的化学反应，具有清洁、无毒无害的优异特性。
(2)采用全固态柔性的电极材料和固态电解质，使得装置具有一定的舒适性，且无液体存在，使得该装置具有可循环使用、安全的优异特性。
(3)本实用新型在人体运动过程中，可随时随地将脚掌对鞋垫的踩压动能转换为可使用的电能，为随身携带的小型传感器供电，具有较强的灵活性，不受能源补给站的限制，可大规模用于户外活动的能源需求。
(4)本实用新型在鞋垫内部的排布、结构设计等具有根据鞋子的尺寸进行调节，且原材料价格低廉，便于大规模生产和使用。
附图说明
图1为本实用新型鞋垫俘能装置的结构剖面示意图。
图2为本实用新型鞋垫俘能装置安装于鞋垫内部的结构剖面示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的原理和工作过程做如下说明：
如图1所示，本实用新型提供一种基于双电层理论的柔性全固态鞋垫俘能装置，将复合电极和柔性对电极利用固态电解质相隔开，制备成三明治结构的俘能装置，从而电极和电解质接触界面形成稳定的双电层结构。当软基底外包受到脚掌的踩压时，电极和电解质接触界面的稳态双电层结构发生破坏，从而产生电势差，作为输出电压值，可用于小型传感器的供电。
下面结合附图和具体实施方式，对本实用新型做进一步详细说明。
如图1所示，将事先制备的以柔性多孔导电材料2为集流体和骨架并电镀有石墨烯3的复合电极7和固态电解质5、柔性对电极4做成三明治结构，采用长时间外压使得复合电极7和柔性对电极4分别与固态电解质5粘结紧密；然后利用软基底外包1对该三明治结构进行外包，再利用导电银浆将导电铜线6粘结于复合电极7和柔性对电极4上，作为电压输出端。如图2所示，将柔性全固态鞋垫俘能装置制备完成后，安装于鞋垫的前脚掌8和脚后跟9位置处。当鞋垫俘能装置制备完成后，复合电极7和固态电解质5形成稳定的双电层结构。当人体运动时，该俘能装置受到前脚掌8和后脚跟9的踩压，使得复合电极7和固态电解质5形成的双电层结构发生破坏，产生电势差，便可从外接铜线6的输出端测得电压信号，从而将人体运动的动能转换为可使用的电能，用于其它小型传感器的供电。利用双电层理论将人体运动动能转换为可使用的电能，是一种新型的能源获取方式，为小型能源设备的研发提供了新的思路。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201822253785.X
申请日:2018-12-29
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:87(西安)
授权编号:CN209345039U
授权时间:20190903
主分类号:H02N 11/00
专利分类号:H02N11/00
范畴分类:37P;
申请人:西安鸿钧睿泽新材料科技有限公司
第一申请人:西安鸿钧睿泽新材料科技有限公司
申请人地址:710075 陕西省西安市高新区沣惠南路20号华晶商务广场B座11604
发明人:张晨;杨哲;赵炜;陈曦;闫渊
第一发明人:张晨
当前权利人:西安鸿钧睿泽新材料科技有限公司
代理人:何会侠
代理机构:61215
代理机构编号:西安智大知识产权代理事务所
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计