用「摩擦生電」採集能量?

作者 : Bill Schweber,資深技術編輯

眾所周知的潛在能量來源是太陽輻射,以及溫差、聲音、振動、氣流和移動。還有一種可能的來源的確無所不在,但很難捕獲:由於摩擦而產生的靜電。

我們為何不持續尋找一種新的能量採集方式?因為它通常是免費的(忽略前期成本)、方便,並解決了許多實際的安裝/更換問題。但是在能量達到可以採集之前,電子和負載方面有兩個前端問題需要解決:找到可用於採集的一致物理現象,並擁有一個相當有效和可靠的感測器來實際捕獲其能量(例如基於壓電的振動元件、氣流葉片或使用溫度梯度的潛水車。)

當然,眾所周知的潛在能量來源是太陽輻射,以及溫差、聲音、振動、氣流和移動。還有一種可能的來源的確無所不在,但很難捕獲:由於摩擦而產生的靜電(它通常以ESD的形式出現,但被認為是「壞事」)。不過,喬治亞理工學院(Georgia Institute of Technology)進行的一些研究可能會改變這種狀況。

根據喬治亞理工學院的新聞稿,包括該校在內的一個團隊已經開發出廉價、柔軟的聚合物材料。這些聚合物材料非常善於透過摩擦產生電荷,然後保持電荷直到可以將其提取為電流,儘管靜電不是一個新的發展,但產生、保持和取出靜電卻很棘手(想想Leyden jar)。

 

這張圖片顯示如何透過摩擦生電,亦即利用滑動兩種材料,且在他們之間產生間隙,從而產生電能。

(圖片來源:Inertia Films)

 

這當然很有趣,但是透過這種機制有多少可採集的能量呢?分析這個變得有點棘手…

新聞稿援引團隊研究內容指出,該摩擦生電技術功率輸出高達300W,這點非常有意思。但是,能量採集與捕獲端的能量有關,與負載端的功率傳輸有關,如果可以的話,你可依照隨機方式採集能量,但必須將其作為功率(能量消耗的速率)消耗掉,因為任何實際負載都需要一定的最小功率閾值才能發揮作用。300W的數字可能轉化為幾乎沒有意義的能階(energy level),且可以獲得的能量會越低,實際上以可接受的損耗收集它的難度就越大。

儘管如此,喬治亞理工學院的研究聽起來仍然令人印象深刻且令人著迷。他們聲稱每立方公尺的功率容積密度超過400kW,效率超過50%。很難說明,這要如何轉化為實際應用,但這當然值得關注。

研究人員還表示,它們的材料可用於與水流接觸來採集能量。這無疑會帶來新的機會,因為有許多「隱藏」的流動源,例如水槽和水龍頭,也許也可以被利用…

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