中美合作“靜電發(fā)電” 能量轉(zhuǎn)換效率提高至60％

　　節(jié)能 美國佐治亞理工學(xué)院與中國科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所合作開發(fā)出了“Triboelectric Nanogenerator（TENG）”振動發(fā)電技術(shù)。利用該技術(shù)能高效率獲取靜電作為電力使用。主導(dǎo)開發(fā)的佐治亞理工學(xué)院王中林教授在2014年3月于美國舉行的化學(xué)學(xué)會上就目前取得的成果介紹說，“開發(fā)出了能夠取代汽輪機的新發(fā)電技術(shù)。相信該技術(shù)在不遠的將來會改變世界”。

　　佐治亞理工學(xué)院教授王中林與利用開發(fā)的地板發(fā)電系統(tǒng)點亮幾百個LED的樣子

　　TENG為摩擦取電技術(shù)，也就是使兩種材料接觸或摩擦產(chǎn)生靜電，然后流過整流電路，作為直流電力提取。2012年1月第一次發(fā)布時，輸出密度還非常低，最大只有367nW/cm2。在1年后的2013年1月發(fā)布時，最大輸出密度提高到31.3mW/cm2，為最初的約10萬倍（圖1）。王中林介紹說，輸出密度的提高主要得益于“對材料之間的接觸面進行了微細加工，大幅增加了表面積”。

　　TENG為平板狀，通過層積還能形成立體發(fā)電元件。單位體積的輸出密度最大能達到490mW/cm3。

　　圖1：獲取接觸產(chǎn)生的靜電，實現(xiàn)高輸出密度

　　本圖為TENG的輸出密度走勢以及最大輸出密度為31.3mW/cm2的元件構(gòu)造。最大輸出功率設(shè)想以約178Hz為7.6cm見方的元件施加500～600N左右的應(yīng)力時實現(xiàn)。通過在另一面的金電極表面涂布金的微顆粒物，將輸出密度提高到了25倍。

　　能量轉(zhuǎn)換效率提高至60％

　　王中林等人最近一年左右主要在推進用途開發(fā)，2013年1月以后沒有公布過提高輸出密度方面的成果。不過，將振動能量轉(zhuǎn)換成電力的效率在2013年1月時為14.9％，而到2013年10月提高到了約60％。據(jù)介紹，在地板上安裝TENG并在上面走動，一次能點亮幾百個LED。

　　除了地板發(fā)電外，為了能在走路時發(fā)電，可以在鞋墊中嵌入TENG，或者通過背包的晃動來發(fā)電。此外，王中林的研究小組還在開發(fā)為傳感器供電以及用于潮汐發(fā)電的TENG。“該技術(shù)不限于微小發(fā)電，還可為大功率發(fā)電做出貢獻。距離實用為期不遠，估計5年就行”（王中林）。研究小組目前正在開發(fā)利用TENG的手機充電器產(chǎn)品。