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Advanced Energy Materials:直流摩擦納米發電機
發布時間: 2020-11-19 11:21 | 【 【打印】【關閉】

  摩擦電納米發電機作為一種新興的能源技術,可將周圍中各式各樣的機械能有效地轉換為電能,特別是在收集微小和低頻的機械能方面有著無可比擬的優越性。在傳統的摩擦納米發電機中,通過周期性地改變帶相反電荷的材料之間的距離或接觸面積來獲得脈沖的交流電輸出。需要一些必要的整流措施例如:整流橋、電刷和電源管理電路等,來獲得適合驅動電子設備和儲存的直流電信號,但這在一定程度上降低了摩擦納米發電機的便攜性和能量利用效率。此外,脈沖交流輸出會導致較高的峰值因子(輸出信號的峰值與均方根之比),即使在整流后,傳統摩擦納米發電機的峰值因子仍然很高,這意味著輸出不穩定。這些摩擦納米發電機的傳統固有輸出特性限制了其更廣泛的應用。在這種情況下,發展一種可將機械能直接轉換為直流電能的新型摩擦納米發電機就顯得格外重要。

  

  近日,中國科學院北京納米能源與系統研究所楊亞研究員及其合作者對直流摩擦電納米發電機的最新進展進行了全面的總結。作為摩擦納米發電機家族中的新成員,采用新材料和結構的直流摩擦電納米發電機可產生直流輸出,更適合儲能和直接驅動電子產品。 

  研究人員回顧了直流摩擦納米發電機的發展,重點關注基于各種策略的直流摩擦納米發電機的工作原理。根據材料分類,可分為基于絕緣體的直流摩擦納米發電機和基于半導體的直流摩擦納米發電機。首先介紹了通過相位耦合和介電擊穿實現直流輸出的的絕緣體直流摩擦納米發電機,各種基于絕緣體的摩擦納米發電機的直流電壓輸出可以達到千伏,而且其峰值因子接近1。隨后介紹了具有更低內部阻抗和擁有更高輸出電流密度的基于半導體的直流摩擦納米發電機。詳細討論和介紹了半導體界面處的摩擦隧穿和摩擦伏特效應中的電荷轉移過程。最后研究人員總結了影響直流摩擦納米發電機的輸出的重要因素和主要應用,討論了直流摩擦納米發電機的可能挑戰和未來的發展方向。

  通過對直流摩擦納米發電機這個新興能源技術的第一次的總結與回顧,研究人員期待吸引科研界更多的關注和努力。隨著對直流摩擦納米發電機的更多研究的出現,有望在該領域取得更大的突破。相關論文發表在Advanced Energy Materials(DOI: 10.1002/aenm.202002756)上。 

  文章來源:materialsviewschina 

  文章鏈接:https://www.materialsviewschina.com/2020/11/50453/ 

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