中國儲能網(wǎng)訊：試想一下，你只需簡單地在辦公室走一圈，或者用手掌揉搓一下手機，即可給它充電，而無需將其插進充電器，你就是電源！
這是在第247屆美國化學學會（ACS）全國會議暨博覽會上，由美國佐治亞理工學院華裔納米材料科學家、中科院北京納米能源與系統(tǒng)研究所王中林院士帶領其研究團隊，以獨特的綠色能源視角呈現(xiàn)的研究成果報告。日前，王中林教授在北京接受了科技日報記者的專訪。
開辟能源轉化及應用新范疇
一百年以來，煤、天然氣和核能電廠全部采用渦輪發(fā)動機驅動和電磁感應發(fā)電機，這一直是將機械能轉換成電能的唯一途徑。而常規(guī)能源的使用需要大量分散的、昂貴的發(fā)電廠和電網(wǎng)來四處分配電力，在輸送的過程中會損失掉大量能源。
鑒于這種情況，2006年，王中林教授在佐治亞理工學院帶領研究小組開始著手改變我們對待機械能的方式。他們研制出的納米發(fā)電機，被美國《新科學家》雜志評為與手機同等重要的發(fā)明，認為其將是影響未來10到30年的十大重要技術之一，開辟了能源轉化和應用的新范疇。
隨后，他的研究小組致力研究一種稱為壓電效應即電力來源于壓力的能量現(xiàn)象，發(fā)明微型的摩擦生電納米發(fā)電機（TENG）。令他們吃驚的是，在研究中它所產(chǎn)生的電力高于預期。在調(diào)查導致這種現(xiàn)象的原因時，研究人員發(fā)現(xiàn)是由于設備上兩種聚合物表面摩擦在一起，產(chǎn)生了所謂的摩擦作用，也就是基本上大多數(shù)人所知道的靜電。
他介紹說，對于無線、便攜或植入式電子產(chǎn)品來說，從我們的生活環(huán)境捕獲能量是一種可持續(xù)、免維護、獲得綠色電源的有效方法。
摩擦納米發(fā)電機如何發(fā)電
王中林解釋說，近期發(fā)明的這種摩擦生電納米發(fā)電機是基于摩擦起電和靜電感應的耦合將機械能轉換成電能。在內(nèi)部的發(fā)電單元，由于兩層薄膜間表現(xiàn)出相反的摩擦電極性電荷轉移，造成一個電勢差；在外部負載時，電子被驅動在附著于薄膜背側的兩個電極之間流動，以平衡電位差。
TENG有三種基本的操作模式：垂直接觸-分離模式、平面滑動模式和單電極模式。自從2012年1月第一份的TENG報告中，其輸出功率密度在12個月內(nèi)提高了5個數(shù)量級。該區(qū)域的功率密度達到313W/m2，體積密度達到490kW/m3，并被證明轉換效率為50％。
將該研究商業(yè)化應用的關鍵是輸出上的巨大飛躍和未來在化學上的改進。王中林解釋道：“能夠產(chǎn)生大量電荷的輸出取決于摩擦表面的性質(zhì)。在聚合物薄膜的表面上采用納米材料的圖案增加了片材的接觸面積，產(chǎn)生的電力可以有上千倍的差異?！?
未來商業(yè)前景無法估量
TENG可應用于收獲各種可用的機械能，而且是通常在我們?nèi)粘Ｉ钪欣速M掉的，比如人體運動、風震、旋轉的輪胎、流水等等。也可將其用作一個自供電傳感器，使用其電壓和電流輸出信號主動檢測靜態(tài)和動態(tài)的過程引起的機械攪拌，對于觸摸板和智能皮膚技術具有潛在應用。它的輸出性能可以通過許多方法增強，包括合理地選擇材料、改良物理表面形貌或化學功能化納米結構。
目前，在大量改進的基礎上，王中林的研究小組正致力于將其商業(yè)化，采用TENG給手機和其他移動設備充電。
未來，這些納米發(fā)電機可以在更大規(guī)模上帶來深遠影響，商業(yè)前景更是無法估量。研究人員可以利用這一技術挖掘海浪、雨滴、我們周圍風的無盡能量，用小的發(fā)電機，而不是高聳的風力發(fā)電機，以幫助滿足全世界不斷增長的能源需求。
無疑，它不僅可作為自我供電的便攜式電子產(chǎn)品，同時也為我們在不久的將來提供了一個新的技術以解決世界能源危機這個重大問題。
