中科院納米能源所研制成功摩擦納米發(fā)電機(jī)

　　從中國(guó)科學(xué)院獲悉，該院與北京市2012年聯(lián)合共建的新研究單元——中科院北京納米能源與系統(tǒng)研究所(中科院納米能源所)最近研制成功旋轉(zhuǎn)式直流摩擦納米發(fā)電機(jī)，用于對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械能的有效收集，首次實(shí)現(xiàn)了恒定電流的輸出。

　　旋轉(zhuǎn)式直流摩擦納米發(fā)電機(jī)可以作為恒定的電流源，直接連續(xù)地用于對(duì)電子器件供電或給儲(chǔ)能元件充電，對(duì)于收集旋轉(zhuǎn)機(jī)械能和驅(qū)動(dòng)在恒流下工作的電子器件等方面將具有廣泛應(yīng)用。

　　據(jù)了解，摩擦納米發(fā)電機(jī)的原理基于摩擦起電和靜電感應(yīng)現(xiàn)象，在周期性的機(jī)械能輸入下，其直接輸出為交流電，需要外接整流橋后才能給電子器件供電。中科院納米能源所王中林研究團(tuán)隊(duì)對(duì)已有的轉(zhuǎn)盤(pán)式摩擦納米發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，從而得到連續(xù)輸出的直流電。直流電的大小與圓周運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速以及摩擦面的摩擦單元個(gè)數(shù)成正比，兩個(gè)具有4組摩擦單元的轉(zhuǎn)盤(pán)在750轉(zhuǎn)/分的速度下，輸出的電流密度為每平方米2.5毫安。

　　本月上旬，中科院納米能源所和美國(guó)佐治亞理工學(xué)院共同參與的科研團(tuán)隊(duì)在王中林院士帶領(lǐng)下，設(shè)計(jì)和制作出大功率的二維平面摩擦發(fā)電機(jī)，并成功展示出其通過(guò)收集環(huán)境中的機(jī)械能來(lái)實(shí)時(shí)驅(qū)動(dòng)常規(guī)電子產(chǎn)品的能力。作為直接供電源，該高性能摩擦發(fā)電機(jī)能夠?yàn)槿粘Ｓ们蛐螣襞莸入娖魈峁┻B續(xù)的電力。此外，通過(guò)將發(fā)電機(jī)和電力管理電路結(jié)合，科研人員還進(jìn)一步開(kāi)發(fā)出一套完整的小型供電系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有降阻抗、整流、儲(chǔ)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(jī)在內(nèi)的多種常用電子產(chǎn)品提供實(shí)時(shí)電力或直接充電。

　　和傳統(tǒng)的電磁發(fā)電機(jī)相比，王中林團(tuán)隊(duì)研發(fā)的摩擦發(fā)電機(jī)具有諸多優(yōu)勢(shì)：一是摩擦發(fā)電機(jī)由薄膜高分子材料和薄膜電極材料制成，具有極輕的重量和極小的體積，特別適合于為便攜式/穿戴式電子設(shè)備或無(wú)線傳感陣列等小型電器提供電能;二是摩擦發(fā)電機(jī)的制作材料均為大規(guī)模工業(yè)化原料，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作成型簡(jiǎn)便，制作成本大大低于其他發(fā)電技術(shù)，為其廣泛應(yīng)用提供極為有利的條件;三是摩擦發(fā)電機(jī)具有大規(guī)模收集和轉(zhuǎn)化自然界中機(jī)械能的潛力，有望成為綠色能源供給的全新途徑。

　　這種摩擦發(fā)電機(jī)通過(guò)結(jié)構(gòu)的精巧設(shè)計(jì)而同時(shí)具有輸出高、尺寸小和成本低等優(yōu)勢(shì)，為日常生活中利用機(jī)械能實(shí)現(xiàn)電子設(shè)備自供電提供了一種切實(shí)可行的方法。對(duì)于沒(méi)有電網(wǎng)覆蓋的區(qū)域，將有望通過(guò)人的日常活動(dòng)而獲取足以點(diǎn)亮電燈、給手機(jī)供電的能源。

　　納米材料科學(xué)家王中林是美國(guó)佐治亞理工學(xué)院終身校董事講席教授，也是中科院外籍院士和歐洲科學(xué)院院士，并榮獲2013年度中國(guó)國(guó)際科技合作獎(jiǎng)。他領(lǐng)導(dǎo)的科研團(tuán)隊(duì)2006年首次發(fā)明納米發(fā)電機(jī)，2007年成功研發(fā)出由超聲波驅(qū)動(dòng)的可獨(dú)立工作的直流納米發(fā)電機(jī)，2008年研發(fā)出可以利用衣料來(lái)實(shí)現(xiàn)發(fā)電的“發(fā)電衣”原型發(fā)電機(jī)，2012年加盟中科院納米能源所后，成功研發(fā)出用有機(jī)材料制作的透明摩擦發(fā)電機(jī)。