重大突破!摩擦生電,未來手機充電只需要「搓一搓」

喬治亞理工的科學家從2012年開始,一直在探索奈米級靜電發電機(TENGs)的應用和商業前景。所謂的TENGs簡單來講就是通過摩擦產生靜電發電。

據悉,最近,韓國蔚山國立科技研究所(UNIST)的研究團隊攻克了一個阻礙TENGs技術廣泛應用的技術難關——產出電量低的問題。為了解決這一問題,他們發明了一種新型聚合物作為電介質材料。

電介質本身是一種絕緣體,但當給它接入電場時會發生極化。存在外在電場是,電介質會發生極化和去極化,實現充/放電的功能。

圖片來源:蔚山國立科技研究所(Ulsan National Institute of Science and Technology)

TENGs設備本身是由兩種可以互相摩擦的不同材料組成,通過摩擦,像玻璃、尼龍這樣的材料可以放出電子,而像矽、聚四氟乙烯這樣的材料正好吸收電子。TENGs將摩擦產生的機械能轉化成電能,可以為小型電子設備提供電力。

UNIST的研究者們在研究TENGs設備時發現,雖然它的特性很有用,但是摩擦發電的方式有一些缺陷。比如摩擦中材料無法均勻接觸,摩擦導致材料磨損嚴重,靜電對潮溼環境十分敏感,電力輸出時損耗較大。所以,這個韓國研發團隊最初將研究重點放在提升電量輸出方面,但是,在研發的過程中,他們可能解決了一些與TENGs相關的環境問題。

他們在Science Advances上發表的設備與喬治亞理工的研究很相似。但是,UNIST發明的新型聚合物電介質能夠從電極中吸取更多電量,輸出電力也更多。

UNIST的一位研究者,也是論文的共同作者Jeong Min Baik在IEEE Spectrum的郵件採訪中說道:「為了提升輸出電量,我們嘗試發明新的聚合物作為更有效的電介質,研發出了新的設備結構來減少內部電量損耗。作為一個材料科學家,我認為合成最佳的聚合物作為有效的電介質是非常重要的。」

這種新型聚合物的電容率(用來測量材料在電場中存儲電量能力)幾乎是原有材料的兩倍。在電容率上面的增長也使得其電荷密度比其他奈米發電機多出一倍。另外,當研究者將偶極方向對準薄膜時,材料的電荷接受特性大幅提高,電量輸出提升了20倍。

Baik和他的同事相信,輸出電電力的大幅提升可以使TENGs技術更好的適用於充電設備中。

Baik說:「這項工作的最終目標是為智能手錶和手機電池充電。我認為這是可以實現的,但是還需要一段時間。目前最接近的目標是應用於基於摩擦靜電的自發電物理傳感器。在解決了一些例如穩定(已解決)的問題後,最終產品將投入使用。」

Baik的下一步工作是利用升級的聚合物TENGs為智能手錶充電1%。他說到:「為了實現這個步驟,我將會設計一種新的電介質層,並對聚合材料再次進行整合。」

VIA:網易