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中美合作“静电发电” 能量转换效率提高至60%

2014-04-21 10:13
路过的码农
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  美国佐治亚理工学院与中国科学院北京纳米能源与系统研究所合作开发出了“Triboelectric Nanogenerator(TENG)”振动发电技术。利用该技术能高效率获取静电作为电力使用。主导开发的佐治亚理工学院王中林教授在2014年3月于美国举行的化学学会上就目前取得的成果介绍说,“开发出了能够取代汽轮机的新发电技术。相信该技术在不远的将来会改变世界”。

  佐治亚理工学院教授王中林与利用开发的地板发电系统点亮几百个LED的样子

  TENG为摩擦取电技术,也就是使两种材料接触或摩擦产生静电,然后流过整流电路,作为直流电力提取。2012年1月第一次发布时,输出密度还非常低,最大只有367nW/cm2。在1年后的2013年1月发布时,最大输出密度提高到31.3mW/cm2,为最初的约10万倍(图1)。王中林介绍说,输出密度的提高主要得益于“对材料之间的接触面进行了微细加工,大幅增加了表面积”。

  TENG为平板状,通过层积还能形成立体发电元件。单位体积的输出密度最大能达到490mW/cm3。

  图1:获取接触产生的静电,实现高输出密度

  本图为TENG的输出密度走势以及最大输出密度为31.3mW/cm2的元件构造。最大输出功率设想以约178Hz为7.6cm见方的元件施加500~600N左右的应力时实现。通过在另一面的金电极表面涂布金的微颗粒物,将输出密度提高到了25倍。

  能量转换效率提高至60%

  王中林等人最近一年左右主要在推进用途开发,2013年1月以后没有公布过提高输出密度方面的成果。不过,将振动能量转换成电力的效率在2013年1月时为14.9%,而到2013年10月提高到了约60%。据介绍,在地板上安装TENG并在上面走动,一次能点亮几百个LED。

  除了地板发电外,为了能在走路时发电,可以在鞋垫中嵌入TENG,或者通过背包的晃动来发电。此外,王中林的研究小组还在开发为传感器供电以及用于潮汐发电的TENG。“该技术不限于微小发电,还可为大功率发电做出贡献。距离实用为期不远,估计5年就行”(王中林)。研究小组目前正在开发利用TENG的手机充电器产品。

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