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【ACS Nano】 磁球驱动的摩擦纳米发电—电磁感应混合式波浪能量采集器可助力实现环境监控
发表日期: 2019-02-13 文章来源:
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  历史发展进程表明,人类文明的进步离不开能源技术的革新。但随着煤炭、石油、天然气等化石能源逐渐枯竭,伴随着物联网、人工智能、纳米科技等技术的逐渐兴起普及,王中林院士关于未来能源的问题进行探讨(Nano Energy 58 (2019) 669-672, https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2019.02.012),并首次引入熵的概念对物联网时代小型电子器件离散无序分布的能源供应问题进行了阐述,指出能量采集技术是熵在能源利用方面的有效应用。 

  随着能源的日益消耗所带来的全球变暖等环境问题也是熵这一概念的有力表现,在节能减排、保护环境的同时进行有效地监控也势在必行。而要实现大范围、海量节点的无线监控,如何高效可行地进行能源供应将是必须解决的关键问题。海水约占有71%的地球表面积,算上淡水水域该比例将进一步增加。从而,在熵指引下,通过能量采集技术收集波浪能量将是助力实现环境监控的有效手段。摩擦纳米发电机(TENG)提供了一种将机械能转换为电能的新途径,具有收集低频波浪能的巨大潜力。通过辅以大电流输出的电磁感应技术(EMG),将更有效地实现波浪能利用。 

  近日,在lovebet体育|爱博|lovebet爱博体育官网所长、佐治亚理工学院校董教授王中林院士指导下,吴治峄青年研究员、郭恒宇博士后、丁文伯博士后(共同一作)等组成的研究团队通过波浪激励磁球自由运动以驱动TENGEMG发电制备了一种混合式波浪能量采集器。为了降低采集器对波浪激励方向的要求,TENG的摩擦电极被设计成了太极形状,确保了不同激励方向下TENG的高性能输出。在实际水环境测试当中,该采集器在162 s的时间内产生了约1.64 mJ的能量输出。通过搭建基于该采集器的无线自供电环境温度监控报警系统并实际测试,成功展示了该采集器助力实现环境监控的重要应用前景。相关成果以“A Hybridized Triboelectric-Electromagnetic Water Wave Energy Harvester Based on a Magnetic Sphere”为题发表在近期的ACS Nano上(https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.8b09088)。 

a)混合式波浪能采集器结构示意图;(b)湖测时混合式波浪能量采集器的典型充电曲线;(c)基于该采集器的环境监测网络示意图;(d)自供电无线水温报警系统示意图;(e)水温报警系统的典型工作波形;(f)水温报警系统的湖测照片。

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