摩擦奈米發電機的魔力,隨意動一動都可以發電

作者 | 發布日期 2021 年 03 月 22 日 17:39 | 分類 能源科技 , 自然科學 Telegram share ! follow us in feedly


海洋佔地球 70% 面積,為最大的能量儲存體,若能善加利用龐大的藍色能量,便是另一條再生能源途徑。

通常想到海洋能,可能首先會提到的是潮汐能、波浪能等能源,不太會把它跟摩擦發電聯想在一起,但香港中文大學機械與自動化工程學系助理教授 Zi Yunlong 表示,海洋能系統往往依賴龐大而笨重的電磁發電機,而且海浪要達到較高的頻率才能產生電力。

但只要在水中都會有阻力,好比在游泳的時候,就會遇上來自水波、身形與水、以及表面摩擦等的阻力,游得愈快、阻力也愈大,自然會有摩擦力,香港中文大學便瞄準在水中的摩擦力,研發出摩擦奈米發電機(Triboelectric Nanogenerator,TENG)。

摩擦奈米發電機以摩擦為能量來源,主要是利用摩擦起電和靜電效應,把兩種材料相互摩擦時的機械能轉換為電能。

不過通常摩擦奈米發電機都是指固體跟固體間的摩擦,中文大學團隊認為這有幾項缺點,包括難維持兩個材料的緊密性、降低電荷密度,以及摩擦後的設備磨損,且如果要收集不規律的震動能量,還要加裝彈簧、支架等零件,讓結構更複雜、影響發電效率。

對此團隊們針對不規律和低頻環境,例如水面上的海浪,開發出水管式摩擦奈米發電機(WT-TENG),將水封裝在手指大小的膠管(FEP)中,當水與膠管的電極區域摩擦時,便會產生電流,且由於水和膠管之間可以緊密接觸,不會出現電荷體積密度不足問題。經過測試,WT-TENG 的輸出體積電荷密度在 0.25 Hz 的低頻率下達到 9 mC / m3

團隊這項設計也採模組化設計,可以像積木一樣,拼合堆疊成大型的發電裝置,研究團隊也加以測試了兩種組合裝置,分別是測試裝有 34 個 WT-TENG 的方形設備,看看它在海上收集海浪能量的性能,以及有 10 個 WT-TENG 串起的手環,讓測試員戴上後並不斷擺動手臂。

研究指出,高峰發電量都足以點量 150 盞 LED 燈泡。團隊認為,這項研究有助收集藍色能源,對人類發展再生能源,實現碳中和的目標提供嶄新方向。

(首圖來源:pixabay