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香港中文大學(xué)（中大）工程學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)最近研發(fā)一款水管式摩擦納米發(fā)電機(jī)，能夠?qū)⒍喾N不規(guī)則低頻機(jī)械能，包括海浪能量，高效地轉(zhuǎn)換成電能，為開(kāi)發(fā)「藍(lán)色能源」提供嶄新路向。

海洋占據(jù)著地球表面面積約七成，是最大的能量?jī)?chǔ)存體。科研人員一直致力探索如何充分利用海洋發(fā)電，解決世界能源危機(jī)及火力發(fā)電產(chǎn)生的污染問(wèn)題。納米發(fā)電機(jī)是開(kāi)發(fā)機(jī)械能發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù)之一，它主要分為壓電、摩擦及熱釋電三種，其中摩擦納米發(fā)電機(jī)（Triboelectric Nanogenerator，TENG）是利用摩擦起電和靜電效應(yīng)，把兩種材料相互摩擦?xí)r的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。

然而，一般的TENG裝置都是固體與固體的摩擦，難以確保兩種摩擦材料的接觸緊密性，因此所產(chǎn)生的電荷密度往往較低，而且材料表面在長(zhǎng)期摩擦后會(huì)磨損。此外，用于收集不規(guī)律振動(dòng)能量的TENG裝置，都需要加入不同的部件例如彈簧、支架、旋轉(zhuǎn)器具等，復(fù)雜的結(jié)構(gòu)會(huì)影響采電效率。

中大機(jī)械與自動(dòng)化工程學(xué)系助理教授訾云龍教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)，最近克服了以上技術(shù)限制，他們針對(duì)不規(guī)律和低頻環(huán)境，例如水面上的海浪，開(kāi)發(fā)了一款水管式摩擦納米發(fā)電機(jī)（WT-TENG）。團(tuán)隊(duì)將水封裝在手指大小的膠管（FEP），當(dāng)水與膠管的電極區(qū)域摩擦?xí)r，便會(huì)產(chǎn)生電流。基于水的流動(dòng)性，WT-TENG適合在多種運(yùn)動(dòng)模式中收集能量，包括旋轉(zhuǎn)、搖擺、蹺蹺板、水準(zhǔn)線(xiàn)性模式等，可以對(duì)應(yīng)風(fēng)力、海浪、身體和車(chē)輛運(yùn)動(dòng)等。另外，由于水和膠管表面可以緊密接觸，突破基于固體材料的TENG裝置電荷體積密度不足問(wèn)題。經(jīng)過(guò)測(cè)試，WT-TENG的輸出體積電荷密度在低至0.25 Hz的頻率下達(dá)到9 mC / m³，是現(xiàn)有記錄中最高的輸出值。

團(tuán)隊(duì)將水封裝在手指大小的膠管（FEP），當(dāng)水與膠管的電極區(qū)域摩擦?xí)r，便會(huì)產(chǎn)生電流�；�于水的流動(dòng)性，WT-TENG適合在多種運(yùn)動(dòng)模式中收集能量，包括旋轉(zhuǎn)、搖擺、蹺蹺板、水準(zhǔn)線(xiàn)性模式等。

此外，每個(gè)WT-TENG單元都可以像積木一樣，拼合成較大型的發(fā)電裝置，令電能輸出倍增。研究團(tuán)隊(duì)測(cè)試了兩個(gè)裝置，分別是裝有34個(gè)WT-TENG單元的盒子，被放到海面上收集海浪能量，以及有10個(gè)WT-TENG單元組成的手環(huán)，由測(cè)試員戴上并不斷擺動(dòng)手臂。兩個(gè)測(cè)試的高峰發(fā)電量都足以推動(dòng)150個(gè)LED燈泡。

訾云龍教授表示：「之前的海洋能收集系統(tǒng)往往要依賴(lài)龐大而笨重的電磁發(fā)電機(jī)，而且海浪要達(dá)到較高的頻率才能產(chǎn)生電力。這次研究有望推動(dòng)摩擦納米發(fā)電機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，特別是用于收集『藍(lán)色能源』，對(duì)人類(lèi)發(fā)展可再生能源，實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)提供嶄新方向。」

每個(gè)WT-TENG單元都可以像積木一樣，拼合成較大型的發(fā)電裝置，令電能輸出倍增。

研究團(tuán)隊(duì)將裝有34個(gè)WT-TENG單元的盒子，放到海面上收集海浪能量，高峰發(fā)電量足以推動(dòng)150個(gè)LED燈泡。

相關(guān)研究成果最近于國(guó)際知名期刊《先進(jìn)能源材料》（Advanced Energy Materials）刊登。文章第一作者為博士后研究員吳昊、訾云龍教授為唯一通訊作者，香港城市大學(xué)王鉆開(kāi)教授參與指導(dǎo)了本工作。

       有關(guān)訾云龍教授

訾云龍教授在2017年加入中大，致力于研究能量收集技術(shù)特別是TENG以及相關(guān)的自驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，取得一系列研究成果，榮獲多個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)。此研究項(xiàng)目獲得香港特別行政區(qū)研究資助局杰出青年學(xué)者計(jì)劃、創(chuàng)新科技署創(chuàng)新及科技基金、信興高等工程研究院、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金的資金支援。

訾云龍教授目前在深圳研究院承擔(dān)的項(xiàng)目

廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金項(xiàng)目-區(qū)域聯(lián)合基金-青年基金項(xiàng)目：可再生海洋能源的高效收集-2020A1515111161
 

原文轉(zhuǎn)載

香港中文大學(xué)傳訊及公共關(guān)系處 二零二一年三月十八日《中大工程學(xué)院研發(fā)水管式摩擦納米發(fā)電機(jī) 高效收集海洋能 引領(lǐng)藍(lán)色能源新潮流》https://www.cpr.cuhk.edu.hk/sc/press/leading-blue-energy-revolution-cuhk-faculty-of-engineering-develops-water-tube-based-triboelectric-nanogenerator-for-efficient-ocean-wave-energy-harvesting/