仿鱼鳞结构摩擦纳米发电机高效收集转动机械能

tugang

       随着化石能源的逐渐枯竭，风电、水电等可再生能源的利用，是解决全球能源危机最有效的方法。而风电和水电的收集主要通过叶片或涡轮实现。当气流或者水流通过时，叶片将风能或者水能转换为转动机械能。然而，传统的电磁发电机在低频下(低风速，低流速)输出电压极小，不能被有效利用。与电磁发电机不同，摩擦纳米发电机(TENG)在低频下也有着很高的输出电压。利用摩擦纳米发电机收集低频转动机械能具有重要的意义。用于收集转动机械能的摩擦纳米发电机一般是滑动摩擦式，摩擦材料的相对位移摩擦使得材料磨损严重，输出不稳定，使用寿命缩短。如何降低摩擦材料的损耗，使得摩擦纳米发电机可以长时间稳定的输出，是摩擦纳米发电机研究领域的一个重要课题。

       近日，中科院北京纳米能源与系统研究所李从举研究员(通讯作者)等人在Nano Research发表了题为"Ultra-robust triboelectric nanogenerator for harvesting rotary mechanical energy"的研究论文，报道了一种仿鱼鳞结构的摩擦纳米发电机(SL-TENG)。杜新宇助理研究员和李念武助理研究员为共同第一作者。文章设计的这种新型摩擦纳米发电机的工作方式为接触分离式。摩擦材料之间没有相对位移摩擦，因此材料磨损大大降低，使用寿命大大延长，输出稳定性大大提高。测试表明，SL-TENG在连续工作15h，输出超过一百万个周期交流电信号的情况下，输出电压没有衰减。在低转速下，SL-TENG输出电压峰峰值超过500 V，可以用来高效的收集风能，水流能，机动车制动等转动机械能。此外，研究者还利用能量管理电路将SL-TENG输出的高压交流电转化成了5V的低压直流电。该低压直流电可以持续的驱动无线传感器对环境进行实时监控，从而形成自驱动的无线传感器件。这种自驱动的无线传感器可以广泛的部署，从而在环境保护、基础设施监控、国防安保监控等领域发挥重要作用。