混合納米發電機：海洋能量收集夢想成真

知識 06-27

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混合納米發電機：海洋能量收集夢想成真

左上圖：混合納米發電機照片（比例尺：2厘米）；右上圖：融合摩擦納米發電機（左下）和電磁發電機（右下）的混合納米發電機結構圖；下圖：漂浮在海面上的能源收集浮板，它包括風力發電機，太陽能電池和混合納米發電機。圖片來源：Wen et al. 2016 American Chemical Society

根據最新一項研究成果，蘊藏著「藍色能量」的海洋無疑是這個星球上最大一片未開發的能源處女地。雖然海洋所蘊藏的能量足夠滿足全世界的能源需求，我們當前卻沒有一種經濟有效的方式去獲取這樣的寶藏。

這其中的主要原因是，現有的能源收集裝置只有當海浪以較快的頻率，有規律地起伏時才能達到最好的效果，而事實上海浪變幻無常，而且起伏的頻率也很慢。不幸的是，這樣平緩且難以預測的海浪到達海岸後太過平靜，這並不利於能源收集。

一項發表於《ACS Nano》的研究表明，一個來自喬治亞理工學院（Georgia Institute of Technology）由王中林（Zhong Lin Wang）領導的研究團隊已經開發出了一種裝置。它可以涵蓋很廣的頻率範圍，幾乎可以從海洋中以任何一種頻率起伏的海浪中收集能量，包括那些能量難以收集的低頻海浪。

這種新的混合系統包含兩個發電機。一個目前主流的，用于海洋能源收集的傳統電磁發電機(EMG)，它適用於那些起伏較快，動能較高的海浪。另一個最近才開始研究，用于海洋能源收集的摩擦納米發電機（TENG），它適用於起伏較慢，動能較低的海浪。

「摩擦納米發電機有一項獨門絕技。它可以輸出較高的電壓，並且輸出功率與海浪頻率成線性關係。這使它成為理想的低頻能量收集器。」王中林告訴世界科技研究新聞資訊網的記者，「另一方面，電磁發電機的輸出功率與海浪頻率的平方成正比。所以電磁發電機適合於收集高頻能量。對於頻率低於5赫茲的低頻的海浪，摩擦納米發電機的輸出效率遠高於電磁發電機。「

綜合兩者的優勢，這兩種發電機可以在很寬的頻率範圍內工作，並且可以工作在起伏和旋轉兩種模式下。這使這種混合裝置可以收集到多種形式的海洋能量，包括海浪，海流和潮汐。每種能量形式都有不同的運動模式，這就需要能量收集器可以靈活地工作在不同模式下。

研究人員使用點亮LED的方式演示了混合發電機的工作。LED組成了「藍色能量」四個字。研究人員使用電磁發電機點亮了「藍色」，用摩擦納米發電機點亮了「能量」。以此說明兩種發電機具有完全獨立的功率輸出。

研究人員展望了一種可以漂浮在海洋上，裝有這種海浪能量收集器的能源收集浮板。它可以同時收集風，太陽和海浪的能量。他們計劃在未來將這一概念發揚光大。

參考：ACS Nano 編譯：wingstc

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