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Advanced Energy Materials: 收集多种能量的非封装单摆式纸基杂化的摩擦纳米发电机
2019-09-11 11:13:13 | 【 【打印】【关闭】

  在众多的清洁可再生能源中,海洋蓝色能源覆盖面积广,约占地球表面70%左右,蕴含着巨大的能量。对于蓝色能源的收集主要是基于法拉第电磁感应定律的电磁发电机。然而,电磁发电机存在低频率下(<2Hz)机械能转换效率低的局限性;因此,如何高效经济地收集蓝色能源是其开发和利用面临的巨大挑战。新兴的基于摩擦起电和静电感应效应的摩擦纳米发电机对于随机的低频率下的机械能的收集有着独特的优势,尤其是海水表面低频机械能,其重量轻,低成本,高效率,材料选择多样,而且制作简单。

  过去几年间,全球越来越多的科研人员研究出了各种各样基于摩擦发电技术的蓝色能源采集单元, 可将其大致分为两类:一类是固-液接触型,一类是全封装的固-固接触型。对于固-液接触型的发电机,海水对摩擦材料表里的腐蚀导致其稳定性差; 而对于固-固接触型发电机,封装困难,封装工艺及其成本是实际应用面临的首要问题,而且封装以后,如果发电机内部出现故障,拆卸和重组装也是非常困难的。因此如何高效稳定地采集蓝色能源是摩擦纳米发电机走出实验室,投入实际应用,大规模,产业化首先要解决的问题。

 

  最近,重庆大学物理学院奚伊教授课题组,刘如川教授课题组与北京纳米能源与系统研究所王中林院士课题组合作,设计了一种非封装的单摆式纸基杂化发电机。该发电机主要包括三个部分:一个太阳能电池板,两个纸基Z字型层状摩擦发电机,三个电磁发电单元(如图所示),可同时收集太阳能,人体运动的机械能,以及全新的蓝色能源采集方式,将海水表面振动的机械能转换为磁铁上下运动的能量,并利用磁铁间的排斥力驱动整个器件工作。由于避免了器件与海水的直接接触,因此解决了稳定性差,封装和拆卸重组困难的问题。该工作提出了一种用于多种能量采集的新颖杂化发电机,作为便携式能源, 在导航和照明方面具有潜在的应用价值。相关工作以题为“A Nonencapsulative Pendulum-Like Paper–Based Hybrid Nanogenerator for Energy Harvesting”,发表在Advanced Energy Materials(DOI: 10.1002/aenm.201901149)上。重庆大学物理学院奚伊教授,刘如川教授和中国科学院北京纳米能源与系统研究所王中林院士为论文的共同通讯作者,重庆大学物理学院博士生杨红梅为第一作者。

  文章来源:materialsviewschina 

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