摩擦納米發電機可收集全向水波能

近日，中科院北京納米能源與系統研究所等機構研究人員開發了一種用于全向水波能收集的摩擦納米發電機。該設備可以通過共振效應實現對不同頻率水波能的有效收集，并在水波測試中獲得了良好的實驗結果。

5月26日，相關論文刊登于《焦耳》。

該論文通訊作者、中科院北京納米能源與系統研究所研究員王杰告訴《中國科學報》，全球化石能源儲量的急劇下降、大規模使用帶來的環境問題，以及能源需求的持續增加，使發展綠色清潔的可再生能源對人類的可持續發展至關重要。

雖然太陽能和風能等一些清潔能源已經被用于發電，但其間歇性很難滿足電網對穩定能源的嚴格需求。基于儲量豐富、綠色無污染和相對穩定性的特性，海浪能被認為是未來人類清潔能源體系中的重要組成部分。但由于海浪頻率低、方向和頻率隨機變化等特點使其很難被有效收集。

王杰表示，雖然電磁式發電機已經發展成為機械能收集技術的主流，但受限于價格高、體積大、低頻效率低等特點，并不是大規模海浪能收集的最佳選擇。基于價格低廉、重量輕和低頻高效等優點，摩擦納米發電機（TENG）被認為是進行海浪能收集最有效的技術之一。但相關研究無法實現對全向和全頻的水波能的收集，而且水屏蔽效應對TENG輸出性能削弱的問題需要被進一步解決。

為了解決上述的問題，研究人員設計了一種主動共振的TENG（AR-TENG）用于全向和全頻水波能的收集。首先，基于單擺和不倒翁的全向自由度以及TENG柔性環狀的結構設計，AR-TENG可以很好得適應水波方向變化的特性進而實現全向水波能的收集。

之后，研究人員利用單線擺和不倒翁結構組成了共振系統，AR-TENG可以通過共振效應實現不同頻率的水波能的有效收集。然后，憑借相關結構的高頻阻尼運動，AR-TENG在低頻水波驅動下實現了高頻的輸出進而大幅度提高了水波能的收集效率。

此外，結合柔性環狀結構的面接觸和多層的結構設計，相比前期點接觸的球形TENG相比AR-TENG的輸出性能提高了10幾倍。而且，AR-TENG在真實水波實現和模擬試驗中實現相近的輸出性能。

專家表示，這項研究工作為實現自供電的海洋傳感和藍色能源收集提供了新的思路。