中國儲能網(wǎng)訊：試想一下，你只需簡單地在辦公室走一圈，或者用手掌揉搓一下手機，即可給它充電，而無需將其插進充電器，你就是電源！
這是在第247屆美國化學(xué)學(xué)會（ACS）全國會議暨博覽會上，由美國佐治亞理工學(xué)院華裔納米材料科學(xué)家、中科院北京納米能源與系統(tǒng)研究所王中林院士帶領(lǐng)其研究團隊，以獨特的綠色能源視角呈現(xiàn)的研究成果報告。日前，王中林教授在北京接受了科技日報記者的專訪。
開辟能源轉(zhuǎn)化及應(yīng)用新范疇
一百年以來，煤、天然氣和核能電廠全部采用渦輪發(fā)動機驅(qū)動和電磁感應(yīng)發(fā)電機，這一直是將機械能轉(zhuǎn)換成電能的唯一途徑。而常規(guī)能源的使用需要大量分散的、昂貴的發(fā)電廠和電網(wǎng)來四處分配電力，在輸送的過程中會損失掉大量能源。
鑒于這種情況，2006年，王中林教授在佐治亞理工學(xué)院帶領(lǐng)研究小組開始著手改變我們對待機械能的方式。他們研制出的納米發(fā)電機，被美國《新科學(xué)家》雜志評為與手機同等重要的發(fā)明，認為其將是影響未來10到30年的十大重要技術(shù)之一，開辟了能源轉(zhuǎn)化和應(yīng)用的新范疇。
隨后，他的研究小組致力研究一種稱為壓電效應(yīng)即電力來源于壓力的能量現(xiàn)象，發(fā)明微型的摩擦生電納米發(fā)電機（TENG）。令他們吃驚的是，在研究中它所產(chǎn)生的電力高于預(yù)期。在調(diào)查導(dǎo)致這種現(xiàn)象的原因時，研究人員發(fā)現(xiàn)是由于設(shè)備上兩種聚合物表面摩擦在一起，產(chǎn)生了所謂的摩擦作用，也就是基本上大多數(shù)人所知道的靜電。
他介紹說，對于無線、便攜或植入式電子產(chǎn)品來說，從我們的生活環(huán)境捕獲能量是一種可持續(xù)、免維護、獲得綠色電源的有效方法。
摩擦納米發(fā)電機如何發(fā)電
王中林解釋說，近期發(fā)明的這種摩擦生電納米發(fā)電機是基于摩擦起電和靜電感應(yīng)的耦合將機械能轉(zhuǎn)換成電能。在內(nèi)部的發(fā)電單元，由于兩層薄膜間表現(xiàn)出相反的摩擦電極性電荷轉(zhuǎn)移，造成一個電勢差；在外部負載時，電子被驅(qū)動在附著于薄膜背側(cè)的兩個電極之間流動，以平衡電位差。
TENG有三種基本的操作模式：垂直接觸-分離模式、平面滑動模式和單電極模式。自從2012年1月第一份的TENG報告中，其輸出功率密度在12個月內(nèi)提高了5個數(shù)量級。該區(qū)域的功率密度達到313W/m2，體積密度達到490kW/m3，并被證明轉(zhuǎn)換效率為50％。
將該研究商業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵是輸出上的巨大飛躍和未來在化學(xué)上的改進。王中林解釋道：“能夠產(chǎn)生大量電荷的輸出取決于摩擦表面的性質(zhì)。在聚合物薄膜的表面上采用納米材料的圖案增加了片材的接觸面積，產(chǎn)生的電力可以有上千倍的差異?！?
未來商業(yè)前景無法估量
TENG可應(yīng)用于收獲各種可用的機械能，而且是通常在我們?nèi)粘Ｉ钪欣速M掉的，比如人體運動、風(fēng)震、旋轉(zhuǎn)的輪胎、流水等等。也可將其用作一個自供電傳感器，使用其電壓和電流輸出信號主動檢測靜態(tài)和動態(tài)的過程引起的機械攪拌，對于觸摸板和智能皮膚技術(shù)具有潛在應(yīng)用。它的輸出性能可以通過許多方法增強，包括合理地選擇材料、改良物理表面形貌或化學(xué)功能化納米結(jié)構(gòu)。
目前，在大量改進的基礎(chǔ)上，王中林的研究小組正致力于將其商業(yè)化，采用TENG給手機和其他移動設(shè)備充電。
未來，這些納米發(fā)電機可以在更大規(guī)模上帶來深遠影響，商業(yè)前景更是無法估量。研究人員可以利用這一技術(shù)挖掘海浪、雨滴、我們周圍風(fēng)的無盡能量，用小的發(fā)電機，而不是高聳的風(fēng)力發(fā)電機，以幫助滿足全世界不斷增長的能源需求。
無疑，它不僅可作為自我供電的便攜式電子產(chǎn)品，同時也為我們在不久的將來提供了一個新的技術(shù)以解決世界能源危機這個重大問題。
