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一举一动皆能发电 人人都是移动电源

导读: 摩擦发电机在2012年1月首次研发成功。王中林透露,与传统的电磁感应式发电机和摩擦起电原理完全不同,摩擦发电机利用的是摩擦起电和静电感应效应的耦合,同时配合薄层式电极的设计实现电流的有效输出。

  行走、吹气、拍打……一举一动皆能发电,这项全新的能源供给模式日前在中关村示范区对外展示。这也意味着,未来每个人都是“移动电源”,可以对手机进行“自充电”。

  日前,笔者在中国科学院北京纳米能源与系统研究所(以下简称“中科院纳米能源所”)的展厅里,见到了这种全新能源供给模式。只见工作人员拿起一个小塑料球,轻轻一晃,十几盏LED灯“唰”地一下全被点亮了;再戴上一副粉色格子的手套,双手轻轻摩擦、拍打,马上就有电流产生;朝一个鼠标大小的摩擦发电机轻轻吹气,一旁的报警器立即尖叫……

  一举一动皆能发电

  “我们每人每天都会做这样的动作,但没什么人知道可以用来发电。”摩擦发电机创始人、中科院纳米能源所首席科学家王中林告诉笔者,风力、水 力、海浪可用来作为摩擦发电机的动力源,已被人们所熟知。其实人的行走、身体的晃动、手的触摸、下落的雨滴这些环境随机能源以及车轮转动、机器轰鸣等也都可以给摩擦发电机带来动力,实现对机械能的有效收集,产生电能。

  摩擦发电机在2012年1月首次研发成功。王中林透露,与传统的电磁感应式发电机和摩擦起电原理完全不同,摩擦发电机利用的是摩擦起电和静电感应效应的耦合,同时配合薄层式电极的设计实现电流的有效输出。其结构非常简单、轻巧,用来产生摩擦并形成电流向外输出的基本元件,都是仅有微米级厚度的薄膜材 料,使得整个器件具备柔软甚至透明的特性。

  手机将实现“自充电”

  未来,人们可以将摩擦发电机安装到鞋子上或者腿上。在人走动的时候,脚部对鞋底的按压或腿的晃动等动作就会通过摩擦发电机转换成电流,将这些电流收 集起来并通过电池进行存储,就实现了对电池的充电。走路速度快,充电的速度就快一些,走路速度慢,充电的速度就慢一些,但是这并不影响最终的使用效果。这 种充电过程无需人们额外做功,只要按照正常的节奏做日常的动作即可,使用将会非常方便。王中林表示,在三到五年内将可以利用摩擦发电机技术实现手机的“自充电”。

  据了解,摩擦发电机的成本很低,主要部件由有机材料和常见金属构成,而且用量极少,非常适合大规模产业化推广。其输出性能可以通过简单的材料更换或者在材料表面制备纳米涂层来控制和改善,还可以通过化学方法对其表面进行修饰,以实现更丰富的功能。这给化学和材料领域增加了非常多的基础和应用研究机会,甚至可能产生一些新的研究方向,并带动新兴行业的快速发展。

  小能源背后的大产业

  虽然最初的摩擦发电机输出功率密度仅有3.67mW/m2,但在王中林团队的努力下,摩擦电发电机的输出功率极限不断被刷新,目前最高可达500W/m2,较最初的输出整整提高了5个数量级。在这一过程中,研究人员还发现,摩擦发电机的两个工作部件在相互滑动的过程中,电极之间的电荷转移量可以通过 材料表面有序图案化得到极大提高,并和图案密度呈准线性关系。

  因此他们设计出一种图案化阵列结构,使摩擦发电机的输出功率产生了质的飞跃。最新的摩擦发电装置由平面化的圆形定子和转子两部分组成,采用表面图案化的摩擦层和电极层,通过旋转式接触的驱动设计实现了1.5W的平均输出功率,获得了高达24%-50%的能量转化率。

  其最新的研究成果成功地克服了摩擦发电机输出电流小、电压高、难以直接给用电器有效充电的缺陷,实现了对小型电器的实时供电。该研究结果不仅让人们看到了摩擦发电机向产业化的快速奔进,更使其从微小能源领域一跃跻身到有望大规模应用的绿色新能源之列。

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