一种基于生物基类玻璃高分子湿度发电系统及其制备方法

本发明属于绿色能源发电，具体涉及一种基于生物基类玻璃高分子湿度发电系统及制备方法。

背景技术：

1、电能已然成为人类生活中不可或缺的一部分。面对能源匮乏问题，新能源的使用也在不断开发中。近年来，一系列物质被用于湿能发电与水能发电，但是它们的耐水性和力学性能都较差，在高温与高湿度环境中材料结构易损伤和分解，且缺乏自修复能力，在意外损伤后会造成电性能损失，降低其寿命与实用性。

2、类玻璃高分子材料可回收、可焊接、可重塑、易化学降解、生物相容等特性，已在可回收胶黏剂、自愈合涂料、碳纤维复合材料等多个领域展现出良好的应用前景。以生物基合成类玻璃高分子保证了原材料来源的广泛。

3、湿电效应的原理主要涉及到生物质纳米纤维材料的吸湿性能。这些材料表面具有丰富的亲水基团，如羟基、羧基等，当湿度较高的气流通过这些材料时，蒸汽会以结合水和自由水的形式被捕获，形成双电层，从而产生流动电势。此外，生物质纳米纤维中的羧基、氨基等基团可以解离出自由移动的离子，形成离子传输通道，进一步产生电势差，从而产生电流。依据湿电效应，在含有大量羟基的材料中，湿气会与羟基作用，从而使羟基产生载流子，梯度分布的官能团使得载流子从浓度高的一段向浓度低的一段扩散，从而形成电压与电流，实现电能的输出。由于载流子的移动过程是完全自发的，因此这种能量转化方式具有较高的效率。

技术实现思路

1、本发明的目的是制备得到生物基类玻璃高分子湿气发电系统，包括正极材料、负极材料和生物基类玻璃高分子材料，生物基类玻璃高分子材料被夹在正极材料和负极材料之间；其中，正极材料为导电金属或石墨，且正极材料上设有至少一个开孔，负极材料为完整的导电金属或石墨片，所述生物基类玻璃高分子材料为酒石酸或苹果酸或柠檬酸和1,4-丁二醇二缩水甘油醚聚合反应后的固体；其结构通式见图1、图2和图3所示。

2、一种生物基类玻璃高分子湿度发电系统的制备方法，所述生物基类玻璃高分子材料的制备方法包括如下步骤：将酒石酸溶解于水中，将1,4-丁二醇二缩水甘油醚在90±5℃下进行预热，将酒石酸的水溶液与1,4-丁二醇二缩水甘油醚混合，在120～130℃搅拌处理，得到淡黄色均相溶液；将淡黄色均相溶液在150～170℃的平板硫化仪上进行预热，得到粘稠状液体，排气处理后在150～170℃下进行加压保温，得到所述生物基类玻璃高分子材料。

3、在正极材料上制造至少2个孔，将所述生物基类玻璃高分子材料切成块状，并将其置于正极材料和负极材料之间，保证生物基类玻璃高分子材料与正极材料和负极材料相互触碰并导电，对齐固定，保证水分能进入生物基类玻璃高分子材料，得到生物基类玻璃高分子湿气发电系统。

4、其中，所述酒石酸或为苹果酸，或为柠檬酸。

5、其中，所述酒石酸或苹果酸或柠檬酸和1,4-丁二醇二缩水甘油醚的摩尔比为0.8～1.2。

6、其中，所述搅拌处理时间为6.5-7.5h，搅拌转速为200～250r/min。

7、其中，所述预热时间为40～80min。

8、其中，排气处理为为加压至20～25mpa，达到压力要求后泄压，连续至少两次排气操作。

9、其中，所述加压保温处理时间为4～6h，压强为8～12mpa。

10、有益效果

11、本发明通过将l-(+)-酒石酸与1,4-丁二醇二缩水甘油醚进行加聚反应，制备得到一种通过酯键和醚键相连的高分子交联网络。材料内部在存在湿度梯度的条件下，可以产生电压，从而可对外输出电流。

12、本发明所制备的湿气发电系统的发电原理如下：(1)一般室温是高于该发电系统材料玻璃化转变温度，即材料在一般环境中其高分子链段是可移动的。(2)由于链段中含有大量的羧基、羟基，羧基、羟基与水分子作用从而放出质子，在大量质子累计后，材料内部形成了离子浓度梯度促使质子发生定向移动，从而形成电流。当内部平衡后，水分子再次解吸，促使质子向原来的方向移动，形成二次电流。

技术特征：

1.一种生物基类玻璃高分子湿度发电系统，其特征在于：所述生物基类玻璃高分子湿度发电系统包括正极材料、负极材料和生物基类玻璃高分子材料，生物基类玻璃高分子材料被夹在正极材料和负极材料之间；其中，正极材料为导电金属或石墨，且正极材料上设有至少一个开孔，负极材料为完整的导电金属或石墨片，所述生物基类玻璃高分子材料为酒石酸或苹果酸或柠檬酸和1,4-丁二醇二缩水甘油醚聚合反应后的固体；其结构通式如下包括：

2.一种权利要求1所述的生物基类玻璃高分子湿度发电系统的制备方法，其特征在于：所述生物基类玻璃高分子材料的制备方法包括如下步骤：将酒石酸溶解于水中，将1,4-丁二醇二缩水甘油醚在90±5℃下进行预热，将酒石酸的水溶液与1,4-丁二醇二缩水甘油醚混合，在120～130℃搅拌处理，得到淡黄色均相溶液；将淡黄色均相溶液在150～170℃的平板硫化仪上进行预热，得到粘稠状液体，排气处理后在150～170℃下进行加压保温，得到生物基类玻璃高分子材料；

3.根据权利要求2所述的生物基类玻璃高分子湿度发电系统的制备方法，其特征在于：所述酒石酸或为苹果酸，或为柠檬酸。

4.根据权利要求3所述的生物基类玻璃高分子湿度发电系统及其制备方法，其特征在于：所述酒石酸或苹果酸或柠檬酸和1,4-丁二醇二缩水甘油醚的摩尔比为0.8～1.2。

5.根据权利要求3所述的生物基类玻璃高分子湿度发电系统及其制备方法，其特征在于：所述搅拌处理时间为6.5-7.5h，搅拌转速为200～250r/min。

6.根据权利要求3所述的生物基类玻璃高分子湿度发电系统及其制备方法，其特征在于：所述预热时间为40～80min。

7.根据权利要求3所述的生物基类玻璃高分子湿度发电系统及其制备方法，其特征在于：排气处理为为加压至20～25mpa，达到压力要求后泄压，连续至少两次排气操作。

8.根据权利要求3所述的生物基类玻璃高分子湿度发电系统及其制备方法，其特征在于：所述加压保温处理时间为4～6h，压强为8～12mpa。

技术总结本发明提供了一种基于生物基类玻璃高分子湿度发电系统及其制备方法，属于绿色能源发电技术领域，本发明制备了一种生物基类玻璃高分子材料，能够在存在湿度梯度的条件下配合电极产生电能。所述生物基类玻璃高分子为酒石酸或苹果酸或柠檬酸和1,4‑丁二醇二缩水甘油醚聚合反应所形成的固体。当生物基类玻璃高分子材料在正极材料和负极材料之间时，在常温，存在湿度梯度的条件下能够实现电流的高效输出。本发明的材料具有制备成本低、耐环境性强、能量输出稳定、可重复使用、可降解回收的优势，可以在自然环境中通过吸收水汽而实现电能的产生，能够应用于绿色能源领域，具有广阔的应用前景。技术研发人员：吴剑桥,张研,张冰奇,王梓轩,王桢,万嬴,姚鑫,张雪利,王雨博,杨璐瑶,张凯乐受保护的技术使用者：滁州学院技术研发日：技术公布日：2024/11/14