納米能源所在摩擦納米發電機研究中獲進展

　　海洋是巨大的能源寶庫，理論上，海洋完全可以滿足地球上所有的能源需求，并且不會對大氣造成任何污染，因此海洋能也被譽為“藍色能源”。與風能或太陽能相比，藍色能源擁有地理分布上的優勢，海洋覆蓋了地球75%的表面，全球約44%的人口都居住在距海岸線150千米的范圍內。但與風能和太陽能等可再生能源相比，對藍色能源的開發和能量收集一直充滿坎坷，主要因為傳統的電磁發電機的發電模式都是基于法拉第電磁感應定律，其輸出功率與頻率的平方成正比，故需一個穩定的且非常高的工作頻率（50~60Hz）才能獲得穩定的輸出，但無論是海洋中的波浪、潮汐和洋流等，其運動頻率均較低（0.1~5Hz），且海浪變幻無常，運動無規律，很難利用電磁發電機對其進行能量收集。相比之下，由中國科學院北京納米能源與系統研究所首席科學家、佐治亞理工學院董事教授王中林于2012年提出的摩擦納米發電機，在一個較寬的頻率范圍內，輸出電流與機械能頻率成正比，而輸出電壓保持相對穩定，對于頻率低于5Hz海浪波動，摩擦納米發電機的輸出效率遠高于電磁發電機，非常適用于收集藍色能源。

　　針對上述問題，在王中林指導下，由訾云龍、郭恒宇和文震等組成的團隊，研發了一種基于摩擦納米發電機和電磁發電機的復合系統，對藍色能源進行收集，并于近日發表于《先進能源材料》（Adv. Energy Mater.）和《美國化學學會-納米》（ACS Nano）期刊。首先，該團隊利用磁鐵之間的吸引力作為非接觸牽引力，將摩擦納米發電機封裝防水，同時磁鐵之間嵌入銅線圈，構成簡易的電磁發電機，該復合系統可以收集海洋的波浪和洋流等運動能量，并可通過電路控制使其輸出，使其阻抗匹配，如圖(a)所示。后續，該團隊基于相同原理，設計了一種同心筒狀器件結構，不僅可以在水下工作，且可同時收集海洋波浪振動和洋流流動的能量，如圖(b)所示。值得注意的是，因為摩擦納米發電機在低頻條件下可以穩定工作，故該器件可以在任意時刻收集藍色能源，當海洋運動頻率加快時，電磁發電機除了提供非接觸牽引力外，自身也可以輸出電能，從而使該器件可以在一個非常寬的頻率范圍內持續工作，收集任何一種頻率的藍色能源。

　　該研究的提出，為摩擦納米發電機在藍色能源領域的應用提出了切實可行的方案，做到了傳統技術無法實現的功能，也將是對百年來發電技術的顛覆。

納米能源所在摩擦納米發電機研究中獲進展