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中美合作“靜電發(fā)電” 能量轉(zhuǎn)換效率提高至60%
中美合作“靜電發(fā)電” 能量轉(zhuǎn)換效率提高至60%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“TriboelectricNanogenerator(
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“TriboelectricNanogenerator(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”。
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。(圖:佐治亞理工學(xué)院)
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。
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