海洋占地球 70% 面积,为最大的能量储存体,若能善加利用庞大的蓝色能量,便是另一条再生能源途径。
通常想到海洋能,可能首先会提到的是潮汐能、波浪能等能源,不太会把它跟摩擦发电联想在一起,但香港中文大学机械与自动化工程学系助理教授 Zi Yunlong 表示,海洋能系统往往依赖庞大而笨重的电磁发电机,而且海浪要达到较高的频率才能产生电力。
但只要在水中都会有阻力,好比在游泳的时候,就会遇上来自水波、身形与水、以及表面摩擦等的阻力,游得愈快、阻力也愈大,自然会有摩擦力,香港中文大学便瞄准在水中的摩擦力,研发出摩擦奈米发电机(Triboelectric Nanogenerator,TENG)。
摩擦奈米发电机以摩擦为能量来源,主要是利用摩擦起电和静电效应,把两种材料相互摩擦时的机械能转换为电能。
不过通常摩擦奈米发电机都是指固体跟固体间的摩擦,中文大学团队认为这有几项缺点,包括难维持两个材料的紧密性、降低电荷密度,以及摩擦后的设备磨损,且如果要收集不规律的震动能量,还要加装弹簧、支架等零件,让结构更复杂、影响发电效率。
对此团队们针对不规律和低频环境,例如水面上的海浪,开发出水管式摩擦奈米发电机(WT-TENG),将水封装在手指大小的胶管(FEP)中,当水与胶管的电极区域摩擦时,便会产生电流,且由于水和胶管之间可以紧密接触,不会出现电荷体积密度不足问题。经过测试,WT-TENG 的输出体积电荷密度在 0.25 Hz 的低频率下达到 9 mC / m3。
团队这项设计也采模组化设计,可以像积木一样,拼合堆叠成大型的发电装置,研究团队也加以测试了两种组合装置,分别是测试装有 34 个 WT-TENG 的方形设备,看看它在海上收集海浪能量的性能,以及有 10 个 WT-TENG 串起的手环,让测试员戴上后并不断摆动手臂。
研究指出,高峰发电量都足以点量 150 盏 LED 灯泡。团队认为,这项研究有助收集蓝色能源,对人类发展再生能源,实现碳中和的目标提供崭新方向。
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(首图来源:pixabay)