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摩擦起电会是能量采集的下一个来源吗?

时间:2020-12-22 作者:Bill Schweber 阅读:
我们为何不持续寻找一种新的能量采集方式?因为它通常是免费的(忽略前期成本)、方便,并解决了许多实际的安装/更换问题。但是在能量达到可以采集之前,电子和负载方面有两个前端问题需要解决…
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我们为何不持续寻找一种新的能量采集方式?因为它通常是免费的(忽略前期成本)、方便,并解决了许多实际的安装/更换问题。但是在能量达到可以采集之前,电子和负载方面有两个前端问题需要解决:找到可用于采集的一致物理现象,并拥有一个相当有效和可靠的传感器来实际捕获其能量(例如基于压电的振动组件、气流叶片或使用温度梯度的潜水车。)

当然,众所周知的潜在能量来源是太阳辐射,以及温差、声音、振动、气流和移动。还有一种可能的来源的确无所不在,但很难捕获:由于摩擦而产生的静电(它通常以ESD的形式出现,但被认为是“坏事”)。不过,乔治亚理工学院(Georgia Institute of Technology)进行的一些研究可能会改变这种状况。

根据乔治亚理工学院的新闻稿,包括该校在内的一个团队已经开发出廉价、柔软的聚合物材料。这些聚合物材料非常善于透过摩擦产生电荷,然后保持电荷直到可以将其提取为电流,尽管静电不是一个新的发展,但产生、保持和取出静电却很棘手(想想Leyden jar)。

这张图片显示如何透过摩擦生电,亦即利用滑动两种材料,且在他们之间产生间隙,从而产生电能。(图片来源:Inertia Films)

这当然很有趣,但是透过这种机制有多少可采集的能量呢?分析这个变得有点棘手…

新闻稿援引团队研究内容指出,该摩擦生电技术功率输出高达300W,这点非常有意思。但是,能量采集与捕获端的能量有关,与负载端的功率传输有关,如果可以的话,你可依照随机方式采集能量,但必须将其作为功率(能量消耗的速率)消耗掉,因为任何实际负载都需要一定的最小功率阈值才能发挥作用。300W的数字可能转化为几乎没有意义的能级(energy level),且可以获得的能量会越低,实际上以可接受的损耗收集它的难度就越大。

尽管如此,乔治亚理工学院的研究听起来仍然令人印象深刻且令人着迷。他们声称每立方米的功率容积密度超过400kW,效率超过50%。很难说明,这要如何转化为实际应用,但这当然值得关注。

研究人员还表示,它们的材料可用于与水流接触来采集能量。这无疑会带来新的机会,因为有许多“隐藏”的流动源,例如水槽和水龙头,也许也可以被利用。

几年后可以再回顾生电来源变成了什么,会很有趣。对于必须有效提取能源的电子产品,是否有足够的能源使其变得可行?换能器的材料和相关的物理实现方式是否可靠且具有成本效益?它会成为大众市场的能量来源,还是高度专业化的设备,例如使用热电偶从热源中提取能量的热电发电机(TEG)?

你是否还想探索其他“未开发”的采集能量的来源? 你认为迄今为止没有被利用的任何原因是什么?

编译:Anthea Chuang,EDN Taiwan

责编:Luffy Liu

(参考原文:Is triboelectricity the next harvesting source?,by Bill Schweiber)

 

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Bill Schweber
EE Times/EDN/Planet Analog资深技术编辑。Bill Schweber是一名电子工程师,他撰写了三本关于电子通信系统的教科书,以及数百篇技术文章、意见专栏和产品功能介绍。在过去的职业生涯中,他曾担任多个EE Times子网站的网站管理者以及EDN执行编辑和模拟技术编辑。他在ADI公司负责营销传播工作,因此他在技术公关职能的两个方面都很有经验,既能向媒体展示公司产品、故事和信息,也能作为这些信息的接收者。在担任ADI的marcom职位之前,Bill曾是一名备受尊敬的技术期刊副主编,并曾在其产品营销和应用工程团队工作。在担任这些职务之前,他曾在英斯特朗公司(Instron Corp., )实操模拟和电源电路设计以及用于材料测试机器控制的系统集成。他拥有哥伦比亚大学电子工程学士学位和马萨诸塞大学电子工程硕士学位,是注册专业工程师,并持有高级业余无线电执照。他还在计划编写和介绍了各种工程主题的在线课程,包括MOSFET基础知识,ADC选择和驱动LED。
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