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公開番号2021145502
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210924
出願番号2020043624
出願日20200313
発明の名称発電装置
出願人個人
代理人
主分類H02N 11/00 20060101AFI20210827BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】グラフェンを用いた発電装置を提供する。
【解決手段】本発明のある実施形態に係る発電装置1は、エレクトレット10と、エレクトレット10に隣接して配置された第1電極11と、第1電極11と接続されたグラフェン20と、グラフェン20に対向して配置された第2電極22とを備える。エレクトレット10に発生する固定電荷を-Q0とするとき、第1電極11には逆極性の誘導電荷+Q0が発生する。電荷保存の法則により、第1電極11とグラフェン20の総電荷量はゼロであるため、グラフェン20の電荷量は-Q0になる。グラフェン20の振動に応じてグラフェン20と第2電極22との間の静電容量の大きさが変化することにより、第2電極22に発生する電荷+Q1が変化し、電力を発生させることができる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
エレクトレットと、
前記エレクトレットに隣接して配置された第1電極と、
前記第1電極と接続されたグラフェンと、
前記グラフェンに対向して配置された第2電極と、
を備え、
前記グラフェンの振動に応じて前記グラフェンと前記第2電極との間の静電容量の大きさが変化することにより電力を発生させる、発電装置。
続きを表示(約 710 文字)【請求項2】
前記エレクトレットの面積は、前記グラフェンの面積よりも大きい、請求項1に記載の発電装置。
【請求項3】
前記第2電極はピン電極である、請求項1または2に記載の発電装置。
【請求項4】
前記グラフェンを振動可能に支持する支持部材をさらに備える、請求項1から3のいずれかに記載の発電装置。
【請求項5】
前記静電容量の大きさの変化に応じて前記第2電極に流れる電流が供給される負荷をさらに備える、請求項1から4のいずれかに記載の発電装置。
【請求項6】
前記電流が供給された前記負荷は、熱を発生させる、請求項5に記載の発電装置。
【請求項7】
前記グラフェンおよび前記第2電極は、第1エリアに位置し、
前記負荷は、前記第1エリアとは異なる第2エリアに位置し、
前記負荷が熱を発生させることで、前記第2エリアの温度は前記第1エリアの温度よりも高くなる、請求項6に記載の発電装置。
【請求項8】
前記第1エリアと前記第2エリアとの間には壁が設けられている、請求項7に記載の発電装置。
【請求項9】
熱電素子をさらに備え、
前記熱電素子には前記負荷が発生させた熱が供給される、請求項6から8のいずれかに記載の発電装置。
【請求項10】
前記第2電極に発生した電圧が供給される整流器と、
前記整流器の出力信号が供給されるキャパシタと、
をさらに備える、請求項1から9のいずれかに記載の発電装置。
(【請求項11】以降は省略されています)

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、グラフェンを用いた発電装置に関する。
続きを表示(約 1,200 文字)【背景技術】
【0002】
環境から得られる微弱なエネルギーを集めて利用するエネルギーハーベスティング技術がある。エネルギーハーベスティング技術では、例えば、環境中の振動、熱および電磁波などの様々な形態のエネルギーを電力に変換する。
【0003】
特許文献1および2には、グラフェン(Graphene)が周期的に揺らいでいることが開示されている。グラフェンは、炭素原子のシート状の物質であり、六角形の格子構造を有している。グラフェンの周期的な揺らぎは熱運動により生じていると考えられている。
【0004】
特許文献3は、エネルギーハーベストデバイスとして、エレクトレットを用いた振動発電装置を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
国際公開第2018/119180号
国際公開第2019/232232号
特開2019−097381号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特許文献1および2では、グラフェンの揺らぎを利用して発電を行う発電装置が提案されているが、改善の余地がある。
【0007】
本発明は、グラフェンを用いた発電装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明のある実施形態に係る発電装置は、エレクトレットと、前記エレクトレットに隣接して配置された第1電極と、前記第1電極と接続されたグラフェンと、前記グラフェンに対向して配置された第2電極と、を備え、前記グラフェンの振動に応じて前記グラフェンと前記第2電極との間の静電容量の大きさが変化することにより電力を発生させる。
【0009】
エレクトレットに発生する固定電荷を−Q

とするとき、第1電極には、エレクトレットの固定電荷−Q

の逆極性の誘導電荷+Q

が発生する。第1電極とグラフェンとは電気的に接続されている。電荷保存の法則により、第1電極とグラフェンの総電荷量はゼロであるため、グラフェンの電荷量は−Q

になる。グラフェンの振動に応じてグラフェンと第2電極との間の静電容量の大きさが変化することにより、第2電極に発生する電荷+Q

が変化し、電力を発生させることができる。
【0010】
グラフェンの周囲の空間からグラフェンには熱が供給され、グラフェンは熱運動により振動する。このグラフェンの振動に応じて第2電極に発生する電荷+Q

が変化し、電力を発生させることができる。すなわち、グラフェンの周囲の空間の熱を電力に変換することができる。
(【0011】以降は省略されています)

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