中科院納米能源所研制成功摩擦納米發(fā)電機

　　從中國科學院獲悉，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，用于對旋轉(zhuǎn)機械能的有效收集，首次實現(xiàn)了恒定電流的輸出。

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

　　據(jù)了解，摩擦納米發(fā)電機的原理基于摩擦起電和靜電感應現(xiàn)象，在周期性的機械能輸入下，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隊對已有的轉(zhuǎn)盤式摩擦納米發(fā)電機結(jié)構(gòu)進行改進，從而得到連續(xù)輸出的直流電。直流電的大小與圓周運動的轉(zhuǎn)速以及摩擦面的摩擦單元個數(shù)成正比，兩個具有4組摩擦單元的轉(zhuǎn)盤在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佐治亞理工學院共同參與的科研團隊在王中林院士帶領(lǐng)下，設計和制作出大功率的二維平面摩擦發(fā)電機，并成功展示出其通過收集環(huán)境中的機械能來實時驅(qū)動常規(guī)電子產(chǎn)品的能力。作為直接供電源，該高性能摩擦發(fā)電機能夠為日常用球形燈泡等電器提供連續(xù)的電力。此外，通過將發(fā)電機和電力管理電路結(jié)合，科研人員還進一步開發(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，從而為包括手機在內(nèi)的多種常用電子產(chǎn)品提供實時電力或直接充電。

　　和傳統(tǒng)的電磁發(fā)電機相比，王中林團隊研發(fā)的摩擦發(fā)電機具有諸多優(yōu)勢：一是摩擦發(fā)電機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/穿戴式電子設備或無線傳感陣列等小型電器提供電能;二是摩擦發(fā)電機的制作材料均為大規(guī)模工業(yè)化原料，其結(jié)構(gòu)簡單，制作成型簡便，制作成本大大低于其他發(fā)電技術(shù)，為其廣泛應用提供極為有利的條件;三是摩擦發(fā)電機具有大規(guī)模收集和轉(zhuǎn)化自然界中機械能的潛力，有望成為綠色能源供給的全新途徑。

　　這種摩擦發(fā)電機通過結(jié)構(gòu)的精巧設計而同時具有輸出高、尺寸小和成本低等優(yōu)勢，為日常生活中利用機械能實現(xiàn)電子設備自供電提供了一種切實可行的方法。對于沒有電網(wǎng)覆蓋的區(qū)域，將有望通過人的日常活動而獲取足以點亮電燈、給手機供電的能源。

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