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中学物理掀动能源革命 摩擦发电有望大规模应用

http://www.kexue.com 2014-03-21 13:04:52 人民网  发表评论


简单的摩擦发电应用前景广阔

  中学物理关于电的第一课就讲到的摩擦发电,似乎中学生都知道的基础科学原理,如今有望广泛的应用于生产生活,比如鞋垫发电、门垫报警等等,未来甚至有望应用于大规模能源设施。

  从原始社会的钻木取火,到现代社会人们每天走路、踩刹车,摩擦无处不在,但是这些摩擦与能源有什么关系呢?在纳米能源所首席科学家、中科院外籍院士王中林的眼中,人的行走、身体的晃动、手的触摸、下落的雨滴、车轮的转动、机器的轰鸣、海水的潮汐都是能够驱动摩擦过程发生的机械能,而这些机械能又能够通过摩擦发电机被有效收集。

  据了解,在2012年1月首次研发成功的第一台摩擦发电机输出功率密度仅有每平方米3.67毫瓦,但是王中林却从中看到巨大的应用前景,通过团队的不断努力,目前其输出功率最高已达每平方米500瓦。据了解,国外也有其他科研团队对该项技术进行跟踪研究,但输出功率还达不到如此之高。

  和传统的“电磁感应式发电机”和“摩擦起电机”不同,“摩擦发电机”的原理在于两件宝贝,一是“摩擦起电和静电感应效应的耦合”,二是配合薄层式电极设计。值得一提的是,因为采用了仅有微米级厚度的薄膜材料,整个器件可以柔软甚至透明。“比如说,以前人们没法儿想象装一个发动机或一块电池板在鞋垫里。”记者在现场看到,餐盘大小的汽车刹车片、火柴盒大小的无线触摸报警器、看起来和普通地毯无异的“脚踏式摩擦发电机”等能通过人的触碰、踩踏等简单的动作就实现发电。

  事实上,目前市场上已经出现了单手按压就能发电的手电筒,也有仅通过手指触压就能用几十年的无电池门铃。这些“自发电产品”和王中林的“摩擦发电机”又有何不同呢?据了解,前者的应用都属于功率较小的“微小电器”,王中林团队则克服了电流小和电压高等缺陷,通过“摩擦表面图案化的阵列设计”和旋转式工作方式,将输出电流提高到3毫安,从而实现对手机等“小型电器”的实时供电。

  “环境问题本身就是能源问题”,王中林认为,摩擦发电机是自一百年前自电磁发电机革命后机械能转电能领域的又一次革命。他希望这项研究结果能够得到产业化的大面积推广和应用。对于媒体关心的何时能成为大规模应用的绿色新能源问题,王中林回应,至少需要十年的开发过程。

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