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摆动的聚合物条带能够搜集电能

2020-10-20 11:08:45浏览:437来源:中国激光网   

微风:B-TENG摩擦电纳米发电机的图示,它收获由摆动的聚合物条带产生的电能。Xin Chen/Xiaojing Mu/Ya Yang供图。

中国科学院纳米能源与纳米系统研究所Ya Yang及其同事制造了一种能够从环境风能中高效采集电能的低成本纳米发电机。这个团队报告说该装置在4~8米/秒(14~28千米/小时)的微风条件下实现了高效的风电转换效率,并且在传统风力涡轮机不实用的时候,它可以用来在日常情况下发电。

随着开发可再生能源需求的推动,人们越来越关注在日常环境中采集环境能源。从沿城市街道的微风,到我们在行走时自己创造的气流。在周围风速中蕴含的机械能量是丰富的。但是主要挑战在于如何以高效和实用的方式收获这些能量。事实证明,使用现有的技术比如压电薄膜等收集风能是难以实现的,因为压电薄膜输出的功率很低。

杨的团队以物理学中的两个众所周知的现象为基础进行了新的设计。第一种是伯努利效应,它会导致两个相邻的旗帜相干性的飘扬。如果它们距离非常近,旗帜将同相地摆动,而在稍远距离隔开时,它们会异相摆动,并且对称于中间的平面。第二种是摩擦起电效应,也就是关于静电的熟悉现象,当不同的物体揉在一起然后分离时导致物体的电荷相反和两者之间产生电压。

两个聚合物条带

使用两个聚合物带;一个涂有银电极,另一个涂有聚合物FEP。Yang和同事结合这些现象,创造了一个"由伯努利效应主导的摩擦电纳米发电机",或称为B-TENG。当受到平行气流的影响时,带子的异相飘动会导致它们周期性地接触和分离;这种情况会导致电荷的积聚,可用于产生输出电压。

研究人员显示他们的3×8厘米的器件在风速低至1.6米/秒的情况下产生了可用电能,在4~8米/秒的速度下转换效率超过3.2%。研究人员通过利用该组件在串联电路中照亮了100个LED证明了这个器件的实用性;将其集成到自供电温度计中;并使用它在3分钟内将100 μF电容器充电至3 V。这些组件被整合在一起到管道里面自供电压力传感器中,他们使用了轻质并且极其低成本的材料。

目前,Yang 的团队希望提高 B-TENG 的效率,使其更加紧凑,从而有可能实现与日常器件的集成。同时他们还希望扩大这个器件的发电规模,以制造能够与传统风力涡轮机竞争的千瓦级发电机。如果能够成功,B-TENG可用于可穿戴电子产品等各种应用,这样可以利用步行产生的气流进行充电, 以及在生物多样化地区的洁净能源发电,旋转的涡轮机在那些地区会对野生动物有害。

关于B-TENG的具体内容发表在《Cell Reports Physical Science》上。

(责任编辑:小编)
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