中國儲能網(wǎng)訊：中國科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所王中林院士領(lǐng)導(dǎo)的研究小組最近研究了摩擦納米發(fā)電機與傳統(tǒng)電磁感應(yīng)發(fā)電機的對稱性和互補性，首次提出了摩擦納米發(fā)電機是繼電磁感應(yīng)發(fā)電機之后，采用機械能發(fā)電的又一種重要方式，是具有可能和電磁感應(yīng)發(fā)電機同等重要的新能源技術(shù)。相關(guān)研究成果分別發(fā)表在《先進(jìn)材料》（Adv. Mater. DOI: 10.1002/adma.201400207）和《納米技術(shù)》（Nanotechnol. 2014, 25(13): 135402）雜志上。
人們的生活環(huán)境和工業(yè)生產(chǎn)中存在大量可以利用的機械能，自1831年邁克爾?法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象后，電磁感應(yīng)發(fā)電機成為了最重要、最廣泛的發(fā)電方式，至今還沒有其它發(fā)電方式可與之比肩。近年來，王中林院士研究團隊發(fā)明的摩擦納米發(fā)電機提供了一種采用機械能發(fā)電的新方法，其原理基于摩擦生電和靜電感應(yīng)現(xiàn)象，不僅能夠驅(qū)動微納電子器件工作，還可以給便攜式電子設(shè)備和家用電器供電，收集電磁感應(yīng)發(fā)電機不容易獲取的機械能，比如海浪能、機械振動等，將有可能成為與電磁感應(yīng)發(fā)電機同等重要的發(fā)電技術(shù)。
由張弛博士和范鳳茹博士等組成的主力團隊，在王中林院士的指導(dǎo)下，系統(tǒng)而詳細(xì)的對比了摩擦納米發(fā)電機和電磁感應(yīng)發(fā)電機的工作原理、控制方程和輸出特性，提出了摩擦納米發(fā)電原理與電磁感應(yīng)發(fā)電原理具有對稱性和互補性，實驗表明摩擦納米發(fā)電機的內(nèi)阻約為十幾兆甚至上百兆歐，可以等效為內(nèi)阻很大的電流源；而電磁感應(yīng)發(fā)電機的內(nèi)阻僅為幾歐或十幾歐，可以等效為內(nèi)阻很小的電壓源。兩種電源通過與電阻的串并聯(lián)形式，可以實現(xiàn)對外電路供電的等效變換。同時，建立了基于兩種不同發(fā)電原理的混合式發(fā)電機，在多種模式下探索了兩種發(fā)電機在電路中的聯(lián)合工作，進(jìn)一步驗證了摩擦納米發(fā)電機可以近似等效為理想電流源的特性，為其在電路中的深入應(yīng)用提供了實驗依據(jù)。研究小組還討論了基于有機材料來提高摩擦納米發(fā)電機輸出功率的方法，這也為化學(xué)和材料學(xué)領(lǐng)域的研究開啟了新的方向。
該研究工作闡述了摩擦發(fā)電機相對于傳統(tǒng)電磁感應(yīng)發(fā)電機的優(yōu)勢，包括質(zhì)輕，體積小，用材便宜等，其單位體積和單位質(zhì)量的輸出功率密度分別為3.1瓦/立方米和 2.6毫瓦/千克，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電磁感應(yīng)發(fā)電機的功率密度。該項研究為摩擦納米發(fā)電機作為新能源技術(shù)向大能源應(yīng)用的邁進(jìn)提供了理論基礎(chǔ)，展示了摩擦納米發(fā)電機具有與電磁感應(yīng)發(fā)電機同等重要的應(yīng)用前景，對于推動自驅(qū)動系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)，以及國防科技等方面的發(fā)展具有很重要的意義。
