近日,中科院北京納米能源與系統(tǒng)研究所和美國佐治亞理工學院聯(lián)合研究小組設(shè)計和制作出大功率二維平面摩擦發(fā)電機,并成功展示了其通過收集環(huán)境中的機械能來實時驅(qū)動常規(guī)電子產(chǎn)品的能力。業(yè)內(nèi)專家認為,這種被稱為“回轉(zhuǎn)摩擦發(fā)電機”的新型發(fā)電裝置開創(chuàng)了自驅(qū)動便攜式電子設(shè)備的實用化進程。它能將微風、水流,甚至人體運動的動能轉(zhuǎn)化為電能,不但效率高,而且成本低廉。
研究人員發(fā)現(xiàn),摩擦納米發(fā)電機的兩個工作部件在相互滑動的過程中,電極之間的電荷轉(zhuǎn)移量可以通過材料表面有序圖案化得到極大提高,并和圖案密度呈準線性關(guān)系??茖W家設(shè)計出兩種圖案化陣列結(jié)構(gòu),使摩擦納米發(fā)電機的輸出功率實現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。
在第一種結(jié)構(gòu)中,發(fā)電機由平面化的圓形定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。當相對轉(zhuǎn)動速率為3000r/min 時,該發(fā)電機的能量轉(zhuǎn)化效率為24%。在第二種結(jié)構(gòu)中,圖案化網(wǎng)絡(luò)由一組平行的微型線性陣列組成。當兩部件之間的相對滑動速率為10m/s 時,該發(fā)電機的平均輸出功率高達3W。研究人員還通過高分子納米顆粒潤滑處理,進一步降低了摩擦滑動的能量損耗,使能量轉(zhuǎn)化效率接近50%。
作為直接供電源,它們能夠為日常用球形燈泡等電器提供連續(xù)的電力。此外,研究人員還進一步開發(fā)出了一套完整的小型供電系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有降阻抗、整流、儲能和穩(wěn)壓等功能,能夠提供恒壓穩(wěn)定的直流輸出,從而為包括手機在內(nèi)的多種常用電子產(chǎn)品提供實時電力或為其直接充電。