摩擦纳米发电机在收集蓝色能源上的应用与研究

为了减少碳排放,保护生态环境,人们对海洋资源的开发和研究愈发深入,可再生能源收集技术是该领域研究的重点。其中,摩擦纳米发电机是利用接触电气化现象的最有前途的机械能收集器之一,其具有可利用的机械能资源丰富、材料可得性和可选性广、器件结构相对简单、加工成本低等诸多优势。最近10年,世界各地研究人员在这一领域的研究取得了巨大进展。本文综述了近年来应用于摩擦纳米发电机(TENG)上的各种新型摩擦电材料,介绍了摩擦电材料的选取规则,并总结了对摩擦电材料进行物理表面修饰、化学表面修饰和其他相关改性方式,最后归纳了用于收集蓝色能源的摩擦纳米发电机装置的仿生结构的设计研究进展,并对未来的应用和发展方向进行了展望。

“蓝色能源+海上粮仓”拓展产业多元化发展

在推进海上风电产业发展的过程中,汕头将海上风电与海洋牧场建设相结合,让海洋在产生蓝色能源的同时,构建一座座“海上粮仓”,推动区域海洋经济高质量发展。发展海洋牧场具有先天优势过去的几年,我国海上风电保持迅猛发展势头,装机规模迅速扩大,度电成本大幅下降。在此背景下,“海上风电+”正成为海上风电开发主要趋势之一。

浅析欧洲“蓝色能源”的开发与利用

"蓝色能源",即海洋能源,它作为发展潜力巨大的可再生能源重要组成部分之一,已成为包括欧洲国家在内的许多国家能源战略中的重要组成部分。欧盟委员会已经认识到海洋能源在提高欧洲能源供应安全、减少温室气体排放、创造就业机会和支持偏远地区可持续发展方面的潜力,并根据欧盟成员国的自然以及气候条件出台了一系列相关政策、措施和规划,并于2016年11月公布了《海洋能源战略路线图》,提出重要方案。此外,欧洲国家还建立测试场,设立补偿激励机制,为海洋可再生能源的开发提供技术和经费支持,促进欧洲海洋能源产业的发展。欧洲国家大力发展海洋可再生能源的经验值得他国借鉴。本文旨在通过浅述欧洲海洋能源的开发和利用情况,为我国海洋能源领域的相关工作提供一些思路。

纳米发电机应用:海洋蓝色能源

海洋中蕴含着丰富的清洁可再生能源,海洋能源的开发利用将是后化石能源时代解决能源问题的根本途径之一.当前海洋能转化主要依赖于电磁发电机,但是它们的物理原理使其直接转化低频、无序海洋能源的效率很低.近年来新兴的摩擦纳米发电机(TENG)恰恰在低频、高熵能量收集上具有显著优势,提供了海洋能高效开发的一种颠覆性技术路径.自2014年利用TENG网络收集大范围海洋蓝色能源的思想被我们首次提出以来,国内外已在蓝色能源器件及其发电网络的结构与性能优化、能量管理技术、海洋环境的自驱动系统应用等方面取得很大的进展,已完成原理验证.然而,在蓝色能源技术的进一步迭代、海洋环境的工程应用开发上还需要进行持续的探索.本文首先阐述了基于纳米发电机的蓝色能源的原创思想与技术优势,接着概括了蓝色能源相关研究的整体进展,最后展望了海洋蓝色能源研究的发展趋势和挑战.

海洋波浪能发电技术——蓝色能源革命

海洋是巨大的能源宝库。理论上,海洋完全可以满足地球上所有的能源需求,并且不会对大气造成任何污染,因此海洋能也被誉为“蓝色能源”。蓝色能源与传统绿色能源相比,拥有地理分布上的优势,海洋覆盖了地球70%的表面,全球约44%的人口都居住在距海岸线150km的范围内,人类向大海索取资源已成为必然的趋势。海洋可再生能源包括离岸风能和其它海洋能源,比如波浪能、潮汐能、海洋热能转换等。

从物联网时代的高熵能源到迈向碳中和的蓝色大能源——接触起电的物理机理与摩擦纳米发电机的科学构架

能源,人类活动的重要物质基础。人类社会的发展离不开优质能源的出现和先进能源技术的使用。然而,随着人们进入物联网、人工智能时代,传统的从发电厂传输到公共事业单位等固定站点的"有序"电力供给方式已难以满足无处不在的物联网分布式电子设备"随机、高熵"性的能源需求。摩擦纳米发电机,以麦克斯韦位移电流为内在驱动力,可以有效地将不规则、低频和分布式的机械能转化为电能,它利用接触起电和静电感应的耦合效应,具有重量轻、成本效益高且易于扩展的显著特点。与通常的机械能收集技术,即电磁发电机相比,摩擦纳米发电机在低频(通常为0.1—3 Hz)下具有比电磁发电机更高的效率和输出性能。此外,摩擦纳米发电机还可用作自供电传感器,使用其电输出信号主动检测由机械扰动引起的动态过程。这些优势使得摩擦纳米发电机在低频环境能量收集上具有广阔的应用前景,例如它可以收集人体运动的能量为小型电子设备供电,还可以收集大范围海洋波浪能等可再生的蓝色能源,助力实现碳中和的伟大目标。

基于深海海洋能开发的海洋命运共同体构建路径思考

为践行海洋命运共同体理念和加快推动海洋强国建设,文章从深海海洋能开发的战略意义和价值出发,综述深海温差能开发的研究现状和应用前景,进而提出深海温差能的全球开发构想和开发路径。研究结果表明:深海海洋能开发在应对全球气候变化、捍卫国家能源安全、加快进入氢能源时代、支撑深海矿产资源开发以及推动构建海洋命运共同体方面均具有重要意义和价值,其中深海温差能是主要开发领域;目前国内外均已开展深海温差能开发研究,随着热电材料和海上平台等技术的发展,深海温差能开发展现巨大的应用前景;深海温差能开发可充分利用热带大洋环流的特点,通过布设大规模浮式平台的方式实现;通过逐步构建南海、RCEP、太平洋、印度洋和大西洋的蓝色能源命运共同体,最终构建全球蓝色能源命运共同体,实现深海温差能的全球开发。

纳米材料

澳大利亚新研究：新材料遇水变吸管据报道，由澳大利亚国立大学研究人员发明的这种奇特材料由薄薄2层纳米纤维组成，上层纤维吸水，使材料在水滴周围卷起，下层纤维对水有强烈排斥作用，把水滴从管子的一端“驱赶”到另一端。把一滴水滴在一张类似纸的材料上，这种材料能迅速卷起，形成一根长15c m的细管子，把水滴从管子一端送到另一端。用这种材料还可以形成T型、叉状和弯曲管道。虽然目前的技术只能形成很短一根管子，但研究人员说，这一技术对于打造有实用价值的液体导管有重要意义。

摩擦纳米发电机基础研究和技术创新进展

摩擦纳米发电机(TENG)是一项新兴的实现机电能量转换的平台技术,在人工智能、物联网和高熵能源等多个领域都有巨大的应用潜力。近10年来,通过世界范围内的广泛努力,TENG的相关研究取得了长足的进步。综述了TENG在基础研究和技术创新2个方面的代表性进展;讨论了提高TENG输出性能的最新策略和方法;总结了TENG在不同领域的应用研究进展,并对TENG研究面临的挑战和机遇进行展望。

用盐也可发电——海水盐差能

你有没有想过,有一天汽车油箱里装的不是汽油而是“盐水”?在海水和江河水的交汇处,就蕴含着这样一种鲜为人知的“蓝色能源”——海水盐差能。现在就让我们一起走近河海交汇处,看看如何用“盐水”来发电。