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使用柔性海藻状纳米发电机开发海浪再生新能源
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2 X X; l2 \' X7 A3 y* L 海浪可以很强大,包含足够的能量在风暴期间推动沙子、鹅卵石甚至巨石。这些波浪,以及更小、更温和的波浪,都可以作为可再生能源的来源。
% R, @: L; K+ u* S 研究人员在ACS Nano(“Flexible Seaweed-Like Triboelectric Nanogenerator as a Wave Energy Harvester Powering Marine Internet of Things”)已经开发出柔性的发电机,模仿海藻摆动的方式,有效地将表面和水下波浪转化为电能,为海洋提供动力。
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在许多沿海地区,传感器网络收集有关水流、潮汐和清晰度的信息,以帮助船舶航行和监测水质。这种“海洋物联网”主要由必须不时更换的电池供电,既费时又费钱。可以使用风能和太阳能,但它们不适合水下应用。 $ M# ]) ]8 ^4 h
为了利用海洋的持续运动作为可再生能源,研究人员最初开发了漂浮装置,使用旋转磁铁将波浪能转化为电能。但是这些设备效率低下,波浪频率较低,例如在水下发现的波浪。 8 C3 W* ]1 s" F
摩擦纳米发电机 (TENG) 依靠接触的表面产生静电,由于它们能够有效地收集低频、低振幅的波能,因此可能是应对这一挑战的一种方式。因此,Minyi Xu、Zhong Lin Wang 和同事受到海底植物的启发,创造了柔性 TENG。
1 m3 ~1 ?7 e( D3 X; n* Z 研究人员希望复制海藻股的振动方式,为可弯曲的摩擦电表面充电,将波浪的运动转化为电能,为漂浮和水下海洋传感器提供动力。
' ~3 q9 E {" G- f K, u) w) w% y 为了制造摩擦电表面,研究人员在导电油墨中涂覆了两种不同聚合物的 1.5 英寸 x 3 英寸长条。然后在条带之间塞入一块小海绵,形成一个薄薄的气隙,然后将整个单元密封起来,形成一个 TENG。 ' X) B; b: g& D- C% `0 b
在测试中,当 TENG 在水中上下移动时,它们会前后弯曲,从而发电。当研究人员将 TENG 置于与沿海地区水下发现的水压相似的水压中时,他们发现两种导电材料之间的气隙减小。 - j( g' T$ o! ~
: ~4 ~2 S0 h6 @3 W3 F* i1 p7 c 然而,这些设备仍会产生 100 kPa 压力的电流——与通常存在于 30 英尺水深的压力相同,在那里几乎没有水下波浪运动。最后,研究人员使用波浪水箱证明多个 TENG 可用作微型水下发电站,为温度计、30 个 LED 或闪烁的微型灯塔 LED 信标提供能量。
9 U' V6 }- m l2 w 研究人员表示,他们的海藻状 TENG 可以减少沿海地区对电池的依赖,包括对海洋传感器的依赖。 ; P& w7 L9 f/ ]' d0 n
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