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【Advanced Energy Materials】基于纳米发电机的类电池运动能量收集模块
发表日期: 2019-08-19 文章来源:
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  随着社会的进步和科技的发展,可穿戴设备和移动电子产品已经渐渐融入我们的生活,成为我们生活中密不可分的一部分。广泛应用在医疗,健康,运动检测,移动通信等领域。在影响着我们的同时,也给我们的生活带来了极大的便利,这些可穿戴设备和移动电子产品通常由电池驱动。考虑到目前电池的研发情况,使用一次电池,能源有限,终将耗尽,即使是使用二次电池,也因为需要重复充电,可穿戴设备和移动电子产品的使用范围和使用寿命都会因此受到了一定的限制,无法应对停电或在野外等无法重复充电的情况。 

  利用机械能来产生电能一直是解决用电装置供能问题的良好思路,基于这样的思考,人们研发了各种力电转换装置,其中典型的代表有电磁发电机,压电纳米发电机和摩擦纳米发电机。在收集机械能的方式和过程中,这三种发电机具备各自不同的特点,如果能找到一种将三种发电机复合起来的方法,将大大提高机械能收集的效率和适用范围。 

  近日,中科院北京纳米能源与系统研究所李舟课题组完成了一种基于三合一复合式发电机的自充电通用式供能模块的研制工作。利用这种自充电通用式供能模块可以实现为多种设备或系统供能的目的。在自驱动GPS定位系统中,通过收集被试者10分钟慢跑产生的机械能,自充电通用式供能模块可以将GPS中的电池充电至3.2 V,这些能量可以驱动GPS工作半个多小时以上并完成定位,显示出其作为应急电源的巨大潜力。同时,自充电通用式供能模块还可以通过串联不同的数量来适配多种移动电子设备,成功驱动了商用计算器,手机和小型电风扇,展示了其作为供能模块的强大通用性。由于自充电通用式供能模块是基于一种三合一复合式发电机来实现机械能收集的,这一设计充分提升了输出性能,其功率密度可以达到3200 W/m3,与类似的工作比较,其输出提升了若干倍。同时,利用复合式发电机还可以兼备各种发电机的优势,增加了机械能收集时不同条件下的适用范围。另一方面,自充电通用式供能模块的尺寸严格按照五号电池的规格来设计,使得其可以作为五号电池的备用方案,应用于所有五号电池的应用场景,极大的增加了其作为一种供能模块的通用性。 

  相关研究成果以“A Battery-like Self-charge Universal Module for Motional Energy Harvest”为题目发表在最新一期的国际著名学术期刊Advanced Energy Materials上(https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201901875)。博士生谈溥川、助理研究员郑强和博士生邹洋为并列第一作者;李舟研究员为通讯作者。该项工作得到了科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金、北京市自然科学基金、中国科学院大学以及国家万人计划青年拔尖人才的经费支持。 

1. 自充电通用式供能模块用于运动能量收集。自充电通用式供能模块设计简单,高度集成,可以很方便的组装成不同数量的模组以收集不同规模的机械能,适配不同规格的用电器。

 
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