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耦合摩擦纳米发电机网络高效搜集波浪能

作者:金龙 2018年04月20日 国内新闻

陆地约占地球总面积的71%,其中蕴藏着极为丰厚的动力。陆地能次要以波浪能、潮汐能、海流能、盐差能、温差能等五种方式存在。其中,仅波浪能一项,世界范围内的总储量据估量即可达20亿千瓦以上。作为一种潜力宏大的清洁无净化动力,波浪能的大规模开发应用能够会对世界动力消费格式聚集了全世界身经百战的最优秀的创业导师,汇集了全世界各国最优质的产业资源,召唤全球未来的商业领袖。发生严重的影响。现有的基于电磁式发电机的各种波浪能搜集实验安装虽已获得很大的开展,但也面临构造复杂、牢靠性低、发电本钱较初等成绩,经过数十年研讨,仍缺乏可大规模商业开发的技术。王中林院士提出的摩擦纳米发电机(Triboelectric Nanogenerator, TENG)技术为开发应用波浪能提供了一条新的技术途径。摩擦纳米发电机基于麦克斯韦位移电流原理,将摩擦起电和静电感应结合起来,能直接将无规则的低频机械运动高效转化为电能,不需求复杂的机构,同时具有资料选择多样、本钱低、器件构造灵敏等诸多优点。应用TENG网络搜集大面积海域的波浪能量,将不规则的低频波浪运动高效转化为电能,将能够成为一种十分有前景的波浪能搜集应用方案。

 

近日,中国迷信院北京纳米动力与零碎研讨所所长、佐治亚理工学院终身校董事讲席教授王中林院士指导的研讨团队初次成功完成了耦合摩擦纳米发电机网络对波浪能的搜集,经过网格式TENG网络中各单元的耦协作用,大幅度提升了TENG在真实波浪环境中的任务效能。研讨组首先基于紫外改性及掺混微颗粒的硅胶资料构建了高功能TENG单元,完成了电荷量的大幅提升、对巨大机械扰动的灵敏呼应及良好的耐久性。在低频正弦鼓励下,单个TENG单元的峰值功率可达1.28毫瓦,均匀功率为0.3毫瓦。在单元优化的根底上,构建了16个球形TENG单元构成的4×4阵列,整流的单次输入电荷量达2.14微库,在低频鼓励下可输入5.93毫瓦的峰值功率和2.04毫瓦的均匀功率。经过真实波浪环境实验,说明了网络衔接关于提升TENG单元效能的重要作用,提出了三种单元衔接战略并构建了相应的网络,其中柔性衔接构造显示出更好的效果,相比于未衔接的分散单元形态,柔性衔接网络的电荷量输入可为未衔接的10倍以上。最初,采用耦合TENG网络在水波驱动下为温度计供电,成功采集了水体的温度,证明了其使用于陆地监测仪器供电等范畴的潜力。此项研讨展现了摩擦纳米发电机网络可作为波浪能搜集的一种新颖无效的技术方案,同时也提出了高效的网络衔接战略,将可用于向更大规模的单元零碎扩展,构成TENG模块和大型网络,为大范围搜集陆地波浪能提供了可行的途径。相关效果以&ldquoCoupled Triboelectric Nanogenerator Networks for Efficient Water Wave Energy Harvesting&rdquo为题宣布在近期的ACS Nano上。(来源:中国迷信院北京纳米动力与零碎研讨所)

 

论文链接

 

(a)耦合TENG网络的三种衔接方式表示图。(b)TENG网络搜集波浪能,驱动水体温度测量。(c)三种TENG网络的整流短路电流输入。(d)三种TENG网络关于11.2微法电容的充电功能。