一种基于炭化稻壳的水伏发电装置及其制备方法

1.本发明属于水伏发电装置技术领域。具体涉及一种基于炭化稻壳的水伏发电装置及其制备方法。

背景技术：

2.近年来关于水伏效应的研究为新型清洁环保能源的发展提供了一种新的思路。水约占地球表面的70％，水的蒸发、低落、流动无处不在，因而水伏是目前极具发展潜力的研究方向。目前，适用于水伏的材料种类越来越多，从最早的碳纳米材料到现在金属氧化物、半导体、高分子聚合物，水伏正处在快速发展的阶段。典型的纳米碳纳米材料包括碳纳米管、石墨烯已经被证明可以产生水伏效应，如zhou的团队(xue,g.,xu,y.,ding,t.et al.water-evaporation-induced electricity with nanostructured carbon materials.nature nanotech 12,317
–
321(2017).)利用纳米炭黑产生了伏特级的电压。另外，越来越多的半导体材料被应用于水伏领域，例如tio2纳米线以及si纳米线，都被证实可以驱动简单的电子元器件。值得注意的是，可再生资源生物材料近年来备受关注。这类材料相对较易获取，且具有独特的生物质结构，在水伏领域有较广阔的发展前景。
3.已报到的水伏装置存在一些缺点，首先，目前的水伏装置普遍具有高昂的成本以及复杂的工艺流程，例如采用了生物纳米纤维(li,m.,zong,l.,yang,w.,li,x.,you,j.,wu,x.,li,z.,li,c.,biological nanofibrous generator for electricity harvest from moist air flow.adv.funct.mater.2019,29,1901798.)以及聚吡咯纳米线(nie x,ji b,chenn,et al.gradient dopedpolymer nanowire formoistelectric nanogenerator[j].nano energy,2018,46:297-304.)为主要材料的水伏装置，其材料不易获取且合成制备过程成本高昂。此外，目前的水伏装置对于水的响应方式大多采用的是依靠湿度的变化来产生脉冲信号(shen,d.,xiao,m.,zou,g.,liu,l.,duley,w.w.,zhou,y.n.,adv.mater.2018,30,1705925.)，这种产生电能的作用方式难以持续工作，限制了水伏领域的研究及应用。
[0004]
炭化稻壳是一种易获取的生物质碳材料，其天然的纳米孔结构和高的碳含量(50～60wt％)赋予了其作为新型水伏材料大的应用潜力，目前利用炭化稻壳作为水伏材料的技术还未见报道。

技术实现要素：

[0005]
本发明旨在克服现有技术缺陷，目的在于提供一种制备成本低、工艺流程简单的基于炭化稻壳的水伏发电装置的制备方法，所制备的基于炭化稻壳的水伏发电装置不仅能持续发电且电能输出稳定。
[0006]
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案的步骤是：
[0007]
步骤一、先将稻壳在氩气气氛和600～800℃条件下碳化2～3h，然后用球磨机球磨5～9h，得到炭化稻壳粉末。
[0008]
步骤二、将1质量份的所述炭化稻壳粉末加入到35～40质量份的无水乙醇中，混合均匀，再加入2～3质量份的松油醇、1～2质量份的乙基纤维素和0.2～0.4质量份的玻璃纤维滤纸碎片，在150～200r/min条件下搅拌5～6h，然后在60～70℃的条件下干燥2～3h，得到炭化稻壳浆液。
[0009]
步骤三、将1质量份的碳纳米管加入到35～40质量份的无水乙醇中，混合均匀，再加入2～3质量份的松油醇、1～2质量份的乙基纤维素和0.2～0.4质量份的玻璃纤维滤纸碎片，在150～200r/min条件下搅拌5～6h，然后在60～70℃的条件下干燥2～3h，得到碳纳米管浆液。
[0010]
步骤四、选取长
×
宽＝l1
×
b1的矩形刚玉基片，在靠近刚玉基片的底边和靠近刚玉基片的左边处，用碳纳米管浆液涂覆一个长直角折线式导线薄膜，再于靠近刚玉基片的顶边和靠近刚玉基片的右边处，用碳纳米管浆液涂覆一个短直角折线式导线薄膜。然后用炭化稻壳浆液涂敷一个矩形炭化稻壳薄膜，所述矩形炭化稻壳薄膜覆盖2个所述折线式导线薄膜沿宽度方向的折线，得到基于炭化稻壳的水伏发电装置坯体。
[0011]
所述矩形炭化稻壳薄膜长
×
宽＝l2
×
b2＝(0.7～0.8)l1
×
(0.45～0.55)b1；矩形炭化稻壳薄膜的厚度为150～200μm。
[0012]
步骤五、将所述基于炭化稻壳的水伏发电装置坯体自然干燥0.5～1.5h，置于马弗炉内经350～400℃退火120～150min，制得基于炭化稻壳的水伏发电装置。
[0013]
所述炭化稻壳粉末的粒径为2～5μm。
[0014]
所述剪碎的玻璃纤维滤纸的面积为1～10mm2。
[0015]
所述矩形刚玉基片的长l1＝100～150mm,所述矩形刚玉基片的宽b1＝50～70mm。
[0016]
所述长直角折线式导线薄膜与短直角折线式导线薄膜沿长度方向的距离l3＝(0.55～0.6)l1；所述炭化稻壳薄膜长边与所述矩形刚玉基片长边间的距离b3＝(0.2～0.25)b1。
[0017]
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下优点：
[0018]
(1)本发明制备炭化稻壳薄膜所采用的主要原料为炭化稻壳、松油醇、玻璃纤维滤纸碎片和乙基纤维素，所述炭化稻壳属于生物质遗态碳材料，容易获取且成本低廉，制作过程简单；所采用的炭化稻壳浆液和碳纳米管浆液分别采用少量的炭化稻壳粉末和碳纳米管经搅拌和干燥即得，故所制备的基于炭化稻壳的水伏发电装置成本低，工艺简单。
[0019]
(2)本装置的是先将预先制备的碳纳米管浆液和炭化稻壳浆液采用涂覆法得到炭化稻壳薄膜，再于马弗炉内经350～400℃退火，即制得基于炭化稻壳的水伏发电装置，工艺简单。
[0020]
(3)本发明所采用的主要原料为炭化稻壳，是一种极其常见的生物质遗态材料，具有天然的纳米孔结构，能有效提高装置的水伏性能。并能通过颗粒堆积形成大量微米级孔道，使水在流过该孔道时产生双电层重叠的效应，形成电势差，从而对外持续的输出电压。本发明制备的基于炭化稻壳的水伏发电装置与水的相互作用方式是利用水的蒸发诱导作用所引起的可持续的毛细作用。故该装置具有可持续发电的特性，电能输出稳定。
[0021]
本发明所制备的基于炭化稻壳的水伏发电装置经检测：开路电压为100～150mv，短路电流为8～14na，维持大于24～48h的电压输出。因而所制备的基于炭化稻壳的水伏发电装置电能输出稳定。
[0022]
本发明具有成本低、工艺流程简单的特点，所述制备的基于炭化稻壳的水伏发电装置不仅能持续发电且电能输出稳定。
附图说明
[0023]
图1为本发明制备的一种基于炭化稻壳的水伏发电装置的制作过程；
[0024]
图2为图1所示的基于炭化稻壳的水伏发电装置的平面图；
[0025]
图3为图1所示的基于炭化稻壳的水伏发电装置的sem照片；
[0026]
图4为图1所示的基于炭化稻壳的水伏发电装置的开路电压与时间曲线；
[0027]
图5为图1所示的基于炭化稻壳的水伏发电装置的短路电流与时间曲线。
具体实施方式
[0028]
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制.
[0029]
一种基于炭化稻壳的水伏发电装置及其制备方法。本具体实施方式所述制备方法是：
[0030]
步骤一、先将稻壳在氩气气氛和600～800℃条件下碳化2～3h，然后用球磨机球磨5～9h，得到炭化稻壳粉末。
[0031]
步骤二、将1质量份的所述炭化稻壳粉末加入到35～40质量份的无水乙醇中，混合均匀，再加入2～3质量份的松油醇、1～2质量份的乙基纤维素和0.2～0.4质量份的玻璃纤维滤纸碎片，在150～200r/min条件下搅拌5～6h，然后在60～70℃的条件下干燥2～3h，得到炭化稻壳浆液。
[0032]
步骤三、将1质量份的碳纳米管加入到35～40质量份的无水乙醇中，混合均匀，再加入2～3质量份的松油醇、1～2质量份的乙基纤维素和0.2～0.4质量份的玻璃纤维滤纸碎片，在150～200r/min条件下搅拌5～6h，然后在60～70℃的条件下干燥2～3h，得到碳纳米管浆液。
[0033]
步骤四、选取长
×
宽＝l1
×
b1的矩形刚玉基片，在靠近刚玉基片的底边和靠近刚玉基片的左边处，用碳纳米管浆液涂覆一个长直角折线式导线薄膜，再于靠近刚玉基片的顶边和靠近刚玉基片的右边处，用碳纳米管浆液涂覆一个短直角折线式导线薄膜。然后用炭化稻壳浆液涂敷一个矩形炭化稻壳薄膜，所述矩形炭化稻壳薄膜覆盖2个所述折线式导线薄膜沿宽度方向的折线，得到基于炭化稻壳的水伏发电装置坯体。
[0034]
所述矩形炭化稻壳薄膜长
×
宽＝l2
×
b2＝(0.7～0.8)l1
×
(0.45～0.55)b1；矩形炭化稻壳薄膜的厚度为150～200μm。
[0035]
步骤五、将所述基于炭化稻壳的水伏发电装置坯体自然干燥0.5～1.5h，置于马弗炉内经350～400℃退火120～150min，制得基于炭化稻壳的水伏发电装置。
[0036]
所述矩形刚玉基片的长l1＝100～150mm,所述矩形刚玉基片的宽b1＝50～70mm。
[0037]
所述长直角折线式导线薄膜与短直角折线式导线薄膜沿长度方向的距离l3＝(0.55～0.6)l1；所述炭化稻壳薄膜长边与所述矩形刚玉基片长边间的距离b3＝(0.2～0.25)b1。
[0038]
本具体实施方式中：
[0039]
所述炭化稻壳粉末的粒径小于5μm；
[0040]
所述剪碎的玻璃纤维滤纸的面积为1～10mm2。
[0041]
实施例中不再赘述。
[0042]
实施例1
[0043]
一种基于炭化稻壳的水伏发电装置及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
[0044]
步骤一、先将稻壳在氩气气氛和800℃条件下碳化2h，然后用球磨机球磨5h，得到炭化稻壳粉末。
[0045]
步骤二、将1质量份的所述炭化稻壳粉末加入到38质量份的无水乙醇中，混合均匀，再加入2.5质量份的松油醇、2质量份的乙基纤维素和0.3质量份的玻璃纤维滤纸碎片，在200r/min条件下搅拌5h，然后在63℃的条件下干燥2.5h，得到炭化稻壳浆液。
[0046]
步骤三、将1质量份的碳纳米管加入到40质量份的无水乙醇中，混合均匀，再加入2质量份的松油醇、1.5质量份的乙基纤维素和0.25质量份的玻璃纤维滤纸碎片，在180r/min条件下搅拌6h，然后在60℃的条件下干燥3h，得到碳纳米管浆液。
[0047]
步骤四、选取长
×
宽＝l1
×
b1的矩形刚玉基片，在靠近刚玉基片的底边和靠近刚玉基片的左边处，用碳纳米管浆液涂覆一个长直角折线式导线薄膜，再于靠近刚玉基片的顶边和靠近刚玉基片的右边处，用碳纳米管浆液涂覆一个短直角折线式导线薄膜然后用炭化稻壳浆液涂敷一个矩形炭化稻壳薄膜，所述矩形炭化稻壳薄膜覆盖2个所述折线式导线薄膜沿宽度方向的折线，得到基于炭化稻壳的水伏发电装置坯体。
[0048]
所述矩形炭化稻壳薄膜长
×
宽＝l2
×
b2＝0.7l1
×
0.45b1；矩形炭化稻壳薄膜的厚度为150μm。
[0049]
步骤五、将所述基于炭化稻壳的水伏发电装置坯体自然干燥1h，置于马弗炉内经350℃退火145min，制得基于炭化稻壳的水伏发电装置。
[0050]
所述矩形刚玉基片的长l1＝120mm,所述矩形刚玉基片的宽b1＝55mm。
[0051]
所述长直角折线式导线薄膜与短直角折线式导线薄膜沿长度方向的距离l3＝0.55l1；所述炭化稻壳薄膜长边与所述矩形刚玉基片长边间的距离b3＝0.2b1。
[0052]
本实施例制备的基于炭化稻壳的水伏发电装置经检测：在湿度为45％和温度为15℃的条件下，将所述基于炭化稻壳的水伏发电装置垂直地放进去离子水中，去离子水水位高于长直角折线式导线薄膜，产生的开路电压为100～120mv，短路电流为8～11na，发电时长超过24h。
[0053]
实施例2
[0054]
一种基于炭化稻壳的水伏发电装置及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
[0055]
步骤一、先将稻壳在氩气气氛和800℃条件下碳化2h，然后用球磨机球磨6h，得到炭化稻壳粉末。
[0056]
步骤二、将1质量份的所述炭化稻壳粉末加入到37质量份的无水乙醇中，混合均匀，再加入2.5质量份的松油醇、1.5质量份的乙基纤维素和0.4质量份的玻璃纤维滤纸碎片，在180r/min条件下搅拌5.5h，然后在65℃的条件下干燥2.2h，得到炭化稻壳浆液。
[0057]
步骤三、将1质量份的碳纳米管加入到40质量份的无水乙醇中，混合均匀，再加入2.5质量份的松油醇、2质量份的乙基纤维素和0.4质量份的玻璃纤维滤纸碎片，在200r/min条件下搅拌5.5h，然后在65℃的条件下干燥2.5h，得到碳纳米管浆液。
[0058]
步骤四、选取长
×
宽＝l1
×
b1的矩形刚玉基片，在靠近刚玉基片的底边和靠近刚玉基片的左边处，用碳纳米管浆液涂覆一个长直角折线式导线薄膜，再于靠近刚玉基片的顶边和靠近刚玉基片的右边处，用碳纳米管浆液涂覆一个短直角折线式导线薄膜。然后用炭化稻壳浆液涂敷一个矩形炭化稻壳薄膜，所述矩形炭化稻壳薄膜覆盖2个所述折线式导线薄膜沿宽度方向的折线，得到基于炭化稻壳的水伏发电装置坯体。
[0059]
所述矩形炭化稻壳薄膜长
×
宽＝l2
×
b2＝0.8l1
×
0.5b1；矩形炭化稻壳薄膜的厚度为190μm。
[0060]
步骤五、将所述基于炭化稻壳的水伏发电装置坯体自然干燥1h，置于马弗炉内经350℃退火130min，制得基于炭化稻壳的水伏发电装置。
[0061]
所述矩形刚玉基片的长l1＝110mm,所述矩形刚玉基片的宽b1＝60mm。
[0062]
所述长直角折线式导线薄膜与短直角折线式导线薄膜沿长度方向的距离l3＝0.55l1；所述炭化稻壳薄膜长边与所述矩形刚玉基片长边间的距离b3＝0.25b1。
[0063]
本实施例制备的基于炭化稻壳的水伏发电装置经检测：在湿度为45％和温度为15℃的条件下，将所述基于炭化稻壳的水伏发电装置垂直地放进去离子水中，去离子水水位高于长直角折线式导线薄膜，产生的开路电压为110～120mv，短路电流为12～14na，发电时长超过24h。
[0064]
实施例3
[0065]
一种基于炭化稻壳的水伏发电装置及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
[0066]
步骤一、先将稻壳在氩气气氛和700℃条件下碳化3h，然后用球磨机球磨7h，得到炭化稻壳粉末。
[0067]
步骤二、将1质量份的所述炭化稻壳粉末加入到40质量份的无水乙醇中，混合均匀，再加入3质量份的松油醇、1.8质量份的乙基纤维素和0.4质量份的玻璃纤维滤纸碎片，在170r/min条件下搅拌5.5h，然后在60℃的条件下干燥2.5h，得到炭化稻壳浆液。
[0068]
步骤三、将1质量份的碳纳米管加入到35质量份的无水乙醇中，混合均匀，再加入2.5质量份的松油醇、1质量份的乙基纤维素和0.3质量份的玻璃纤维滤纸碎片，在150r/min条件下搅拌5.5h，然后在65℃的条件下干燥2h，得到碳纳米管浆液。
[0069]
步骤四、选取长
×
宽＝l1
×
b1的矩形刚玉基片，在靠近刚玉基片的底边和靠近刚玉基片的左边处，用碳纳米管浆液涂覆一个长直角折线式导线薄膜，再于靠近刚玉基片的顶边和靠近刚玉基片的右边处，用碳纳米管浆液涂覆一个短直角折线式导线薄膜。然后用炭化稻壳浆液涂敷一个矩形炭化稻壳薄膜，所述矩形炭化稻壳薄膜覆盖2个所述折线式导线薄膜沿宽度方向的折线，得到基于炭化稻壳的水伏发电装置坯体。
[0070]
所述矩形炭化稻壳薄膜长
×
宽＝l2
×
b2＝0.8l1
×
0.5b1；矩形炭化稻壳薄膜的厚度为200μm。
[0071]
步骤五、将所述基于炭化稻壳的水伏发电装置坯体自然干燥1.5h，置于马弗炉内经400℃退火120min，制得基于炭化稻壳的水伏发电装置。
[0072]
所述矩形刚玉基片的长l1＝100mm,所述矩形刚玉基片的宽b1＝50mm。
[0073]
所述长直角折线式导线薄膜与短直角折线式导线薄膜沿长度方向的距离l3＝0.6l1；所述炭化稻壳薄膜长边与所述矩形刚玉基片长边间的距离b3＝0.22b1。
[0074]
本实施例制备的基于炭化稻壳的水伏发电装置经检测：在湿度为45％和温度为15
℃的条件下，将所述基于炭化稻壳的水伏发电装置垂直地放进去离子水中，去离子水水位高于长直角折线式导线薄膜，产生的开路电压为140～150mv，短路电流为10～14na，发电时长超过24h。
[0075]
实施例4
[0076]
一种基于炭化稻壳的水伏发电装置及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
[0077]
步骤一、先将稻壳在氩气气氛和650℃条件下碳化2.5h，然后用球磨机球磨8h，得到炭化稻壳粉末。
[0078]
步骤二、将1质量份的所述炭化稻壳粉末加入到39质量份的无水乙醇中，混合均匀，再加入2质量份的松油醇、1.2质量份的乙基纤维素和0.35质量份的玻璃纤维滤纸碎片，在150r/min条件下搅拌5h，然后在70℃的条件下干燥3h，得到炭化稻壳浆液。
[0079]
步骤三、将1质量份的碳纳米管加入到40质量份的无水乙醇中，混合均匀，再加入3质量份的松油醇、1质量份的乙基纤维素和0.3质量份的玻璃纤维滤纸碎片，在160r/min条件下搅拌6h，然后在60℃的条件下干燥3h，得到碳纳米管浆液。
[0080]
步骤四、选取长
×
宽＝l1
×
b1的矩形刚玉基片，在靠近刚玉基片的底边和靠近刚玉基片的左边处，用碳纳米管浆液涂覆一个长直角折线式导线薄膜，再于靠近刚玉基片的顶边和靠近刚玉基片的右边处，用碳纳米管浆液涂覆一个短直角折线式导线薄膜。然后用炭化稻壳浆液涂敷一个矩形炭化稻壳薄膜，所述矩形炭化稻壳薄膜覆盖2个所述折线式导线薄膜沿宽度方向的折线，得到基于炭化稻壳的水伏发电装置坯体。
[0081]
所述矩形炭化稻壳薄膜长
×
宽＝l2
×
b2＝0.7l1
×
0.55b1；矩形炭化稻壳薄膜的厚度为170μm
[0082]
步骤五、将所述基于炭化稻壳的水伏发电装置坯体自然干燥0.5h，置于马弗炉内经385℃退火150min，制得基于炭化稻壳的水伏发电装置。
[0083]
所述矩形刚玉基片的长l1＝130mm,所述矩形刚玉基片的宽b1＝70mm。
[0084]
所述长直角折线式导线薄膜与短直角折线式导线薄膜沿长度方向的距离l3＝0.57l1；所述炭化稻壳薄膜长边与所述矩形刚玉基片长边间的距离b3＝0.23b1。
[0085]
本实施例制备的基于炭化稻壳的水伏发电装置经检测：在湿度为45％和温度为15℃的条件下，将所述基于炭化稻壳的水伏发电装置垂直地放进去离子水中，去离子水水位高于长直角折线式导线薄膜，产生的开路电压为135～150mv，短路电流为9～12na，发电时长超过24h。
[0086]
实施例5
[0087]
一种基于炭化稻壳的水伏发电装置及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
[0088]
步骤一、先将稻壳在氩气气氛和600℃条件下碳化2.5h，然后用球磨机球磨9h，得到炭化稻壳粉末。
[0089]
步骤二、将1质量份的所述炭化稻壳粉末加入到35质量份的无水乙醇中，混合均匀，再加入2.2质量份的松油醇、1质量份的乙基纤维素和0.3质量份的玻璃纤维滤纸碎片，在190r/min条件下搅拌6h，然后在65℃的条件下干燥2.5h，得到炭化稻壳浆液。
[0090]
步骤三、将1质量份的碳纳米管加入到38质量份的无水乙醇中，混合均匀，再加入2.5质量份的松油醇、1.5质量份的乙基纤维素和0.22质量份的玻璃纤维滤纸碎片，在180r/min条件下搅拌5h，然后在70℃的条件下干燥2.5h，得到碳纳米管浆液。
[0091]
步骤四、选取长
×
宽＝l1
×
b1的矩形刚玉基片，在靠近刚玉基片的底边和靠近刚玉基片的左边处，用碳纳米管浆液涂覆一个长直角折线式导线薄膜，再于靠近刚玉基片的顶边和靠近刚玉基片的右边处，用碳纳米管浆液涂覆一个短直角折线式导线薄膜然后用炭化稻壳浆液涂敷一个矩形炭化稻壳薄膜，所述矩形炭化稻壳薄膜覆盖2个所述折线式导线薄膜沿宽度方向的折线，得到基于炭化稻壳的水伏发电装置坯体。
[0092]
所述矩形炭化稻壳薄膜长
×
宽＝l2
×
b2＝0.7l1
×
0.5b1；矩形炭化稻壳薄膜的厚度为160μm。
[0093]
步骤五、将所述基于炭化稻壳的水伏发电装置坯体自然干燥1h，置于马弗炉内经400℃退火140min，制得基于炭化稻壳的水伏发电装置。
[0094]
所述矩形刚玉基片的长l1＝150mm,所述矩形刚玉基片的宽b1＝65mm。
[0095]
所述长直角折线式导线薄膜与短直角折线式导线薄膜沿长度方向的距离l3＝0.56l1；所述炭化稻壳薄膜长边与所述矩形刚玉基片长边间的距离b3＝0.21b1。
[0096]
本实施例制备的基于炭化稻壳的水伏发电装置经检测：在湿度为45％和温度为15℃的条件下，将所述基于炭化稻壳的水伏发电装置垂直地放进去离子水中，去离子水水位高于长直角折线式导线薄膜，产生的开路电压为120～145mv，短路电流为8～10na，发电时长超过24h。
[0097]
实施例6
[0098]
一种基于炭化稻壳的水伏发电装置及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
[0099]
步骤一、先将稻壳在氩气气氛和750℃条件下碳化2h，然后用球磨机球磨9h，得到炭化稻壳粉末。
[0100]
步骤二、将1质量份的所述炭化稻壳粉末加入到36质量份的无水乙醇中，混合均匀，再加入2.7质量份的松油醇、1.4质量份的乙基纤维素和0.2质量份的玻璃纤维滤纸碎片，在160r/min条件下搅拌6h，然后在68℃的条件下干燥2h，得到炭化稻壳浆液。
[0101]
步骤三、将1质量份的碳纳米管加入到35质量份的无水乙醇中，混合均匀，再加入3质量份的松油醇、1.7质量份的乙基纤维素和0.28质量份的玻璃纤维滤纸碎片，在160r/min条件下搅拌6h，然后在70℃的条件下干燥2h，得到碳纳米管浆液。
[0102]
步骤四、选取长
×
宽＝l1
×
b1的矩形刚玉基片，在靠近刚玉基片的底边和靠近刚玉基片的左边处，用碳纳米管浆液涂覆一个长直角折线式导线薄膜，再于靠近刚玉基片的顶边和靠近刚玉基片的右边处，用碳纳米管浆液涂覆一个短直角折线式导线薄膜然后用炭化稻壳浆液涂敷一个矩形炭化稻壳薄膜，所述矩形炭化稻壳薄膜覆盖2个所述折线式导线薄膜沿宽度方向的折线，得到基于炭化稻壳的水伏发电装置坯体。
[0103]
所述矩形炭化稻壳薄膜长
×
宽＝l2
×
b2＝0.7l1
×
0.45b1；矩形炭化稻壳薄膜的厚度为180μm。
[0104]
步骤五、将所述基于炭化稻壳的水伏发电装置坯体自然干燥1.5h，置于马弗炉内经370℃退火130min，制得基于炭化稻壳的水伏发电装置。
[0105]
所述矩形刚玉基片的长l1＝140mm,所述矩形刚玉基片的宽b1＝50mm。
[0106]
所述长直角折线式导线薄膜与短直角折线式导线薄膜沿长度方向的距离l3＝0.58l1；所述炭化稻壳薄膜长边与所述矩形刚玉基片长边间的距离b3＝0.24b1。
[0107]
本实施例制备的基于炭化稻壳的水伏发电装置经检测：在湿度为45％和温度为15
℃的条件下，将所述基于炭化稻壳的水伏发电装置垂直地放进去离子水中，去离子水水位高于长直角折线式导线薄膜，产生的开路电压为100～110mv，短路电流为11～14na，发电时长超过24h。
[0108]
本具体实施方式与现有技术相比具有如下优点：
[0109]
(1)本具体实施方式所采用的主要原料为炭化稻壳、松油醇、玻璃纤维滤纸碎片和乙基纤维素，所述炭化稻壳属于生物质遗态碳材料，容易获取且成本低廉，制作过程简单所采用的炭化稻壳浆液和碳纳米管浆液分别采用少量的炭化稻壳粉末和碳纳米管经搅拌和干燥即得，工艺简单。制得的炭化稻壳浆液和碳纳米管浆液分别涂覆，无需复杂的成膜工艺再于马弗炉内经350～400℃退火，即制得基于炭化稻壳的水伏发电装置，故所制备的基于炭化稻壳的水伏发电装置成本低，工艺简单。
[0110]
(2)本具体实施方式所采用的主要原料为炭化稻壳，是一种极其常见的生物质遗态材料，具有天然的纳米孔结构，能有效提高装置的水伏性能。并能通过颗粒堆积形成大量微米级孔道，使水在流过该孔道时产生双电层重叠的效应，形成电势差，从而对外持续的输出电压。
[0111]
(3)本具体实施方式制备的基于炭化稻壳的水伏发电装置如附图所示，图1为实施例制备的基于炭化稻壳的水伏发电装置的制作过程；图2为图1所示基于炭化稻壳的水伏发电装置的平面图；图3为图1所示的基于炭化稻壳的水伏发电装置的sem照片；图4为图1所示的基于炭化稻壳的水伏发电装置的开路电压与时间曲线；图5为图1所示的基于炭化稻壳的水伏发电装置的短路电流与时间曲线。从图1可以看出，用碳纳米管浆液先在图1a所示的刚玉基体上涂覆两个直角折线式导线薄膜，再用炭化稻壳浆液涂在图1a的基础涂覆一个矩形碳化炭化稻壳薄膜，制得炭化稻壳的水伏发电装置坯体。从图2的平面图可以看出，矩形碳化炭化稻壳薄膜的形心与矩形刚玉基片的形心重合，两个导线薄膜的伸出端为同一方向，方便与外部负载连接。从图3可以看出，炭化稻壳粉末与玻璃纤维构成了许多微米级的孔道；从图4可以看出，所制备的基于炭化稻壳薄膜的电压输出稳定且持续；从图5可以看出，所制备的基于炭化稻壳薄膜的电流输出稳定且持续。本具体实施方式制备的基于炭化稻壳的水伏发电装置与水的相互作用方式是利用水的蒸发诱导作用所引起的可持续的毛细作用。故该装置具有可持续发电的特性，电能输出稳定。
[0112]
本具体实施方式所制备的基于炭化稻壳的水伏发电装置经检测：开路电压为100～150mv，短路电流为8～14na，维持大于24～48h的电压输出。因而所制备的基于炭化稻壳的水伏发电装置电能输出稳定
[0113]
本具体实施方式具有成本低、工艺流程简单的特点，所制备的基于炭化稻壳的水伏发电装置不仅能持续发电且电能输出稳定。

技术特征：

1.一种基于炭化稻壳的水伏发电装置的制备方法，其特征在于所述制备方法是：步骤一、先将稻壳在氩气气氛和600～800℃条件下碳化2～3h，然后用球磨机球磨5～9h，得到炭化稻壳粉末；步骤二、将1质量份的所述炭化稻壳粉末加入到35～40质量份的无水乙醇中，混合均匀，再加入2～3质量份的松油醇、1～2质量份的乙基纤维素和0.2～0.4质量份的玻璃纤维滤纸碎片，在150～200r/min条件下搅拌5～6h，然后在60～70℃的条件下干燥2～3h，得到炭化稻壳浆液；步骤三、将1质量份的碳纳米管加入到35～40质量份的无水乙醇中，混合均匀，再加入2～3质量份的松油醇、1～2质量份的乙基纤维素和0.2～0.4质量份的玻璃纤维滤纸碎片，在150～200r/min条件下搅拌5～6h，然后在60～70℃的条件下干燥2～3h，得到碳纳米管浆液；步骤四、选取长
×
宽＝l1
×
b1的矩形刚玉基片，在靠近刚玉基片的底边和靠近刚玉基片的左边处，用碳纳米管浆液涂覆一个长直角折线式导线薄膜，再于靠近刚玉基片的顶边和靠近刚玉基片的右边处，用碳纳米管浆液涂覆一个短直角折线式导线薄膜；然后用炭化稻壳浆液涂敷一个矩形炭化稻壳薄膜，所述矩形炭化稻壳薄膜覆盖2个所述折线式导线薄膜沿宽度方向的折线，得到炭化稻壳的水伏发电装置坯体；所述矩形炭化稻壳薄膜长
×
宽＝l2
×
b2＝(0.7～0.8)l1
×
(0.45～0.55)b1；矩形炭化稻壳薄膜的厚度为150～200μm；步骤五、将所述炭化稻壳的水伏发电装置坯体自然干燥0.5～1.5h，置于马弗炉内经350～400℃退火120～150min，制得基于炭化稻壳的水伏发电装置。2.根据权利要求1所述的基于炭化稻壳的水伏发电装置的制备方法，其特征在于所述炭化稻壳粉末的粒径为2～5μm。3.根据权利要求1所述的基于炭化稻壳的水伏发电装置的制备方法，其特征在于所述剪碎的玻璃纤维滤纸的面积为1～10mm2。4.根据权利要求1所述的基于炭化稻壳的水伏发电装置的制备方法，其特征在于所述矩形刚玉基片的长l1＝100～150mm,所述矩形刚玉基片的宽b1＝50～70mm。5.根据权利要求1所述的基于炭化稻壳的水伏发电装置的制备方法，其特征在于所述长直角折线式导线薄膜与短直角折线式导线薄膜沿长度方向的距离l3＝(0.55～0.6)l1；所述炭化稻壳薄膜长边与所述矩形刚玉基片长边间的距离b3＝(0.2～0.25)b1。6.一种基于炭化稻壳的水伏发电装置，其特征在于所述基于炭化稻壳的水伏发电装置是根据权利要求1～5项中任一项所述基于炭化稻壳的水伏发电装置的制备方法所制备的基于炭化稻壳的水伏发电装置。

技术总结

本发明涉及一种基于炭化稻壳的水伏发电装置及其制备方法。其技术方案是：将炭化稻壳粉末加入无水乙醇中，混合，再加入松油醇、乙基纤维素和玻璃纤维滤纸碎片，搅拌，干燥，得到炭化稻壳浆液；将碳纳米管加入无水乙醇中，混合，再加入松油醇、乙基纤维素玻璃纤维滤纸碎片，搅拌，干燥，得到碳纳米管浆液。用碳纳米管浆液在矩形刚玉基片的靠近上部和下部处分别涂覆一个直角折线式导线薄膜，用炭化稻壳浆液再涂敷一个矩形碳化炭化稻壳薄膜，自然干燥。于马弗炉内经350～400℃退火120～150min，制得基于炭化稻壳的水伏发电装置。本发明具有成本低、工艺流程简单的特点，所制备的基于炭化稻壳的水伏发电装置不仅能持续发电且电能输出稳定。稳定。稳定。