摩擦起電會是能量採集的下一個來源嗎?

2021-01-08 EDN電子設計技術

我們為何不持續尋找一種新的能量採集方式？因為它通常是免費的(忽略前期成本)、方便，並解決了許多實際的安裝/更換問題。但是在能量達到可以採集之前，電子和負載方面有兩個前端問題需要解決：找到可用於採集的一致物理現象，並擁有一個相當有效和可靠的傳感器來實際捕獲其能量(例如基於壓電的振動組件、氣流葉片或使用溫度梯度的潛水車。)lRyednc

當然，眾所周知的潛在能量來源是太陽輻射，以及溫差、聲音、振動、氣流和移動。還有一種可能的來源的確無所不在，但很難捕獲：由於摩擦而產生的靜電(它通常以ESD的形式出現，但被認為是「壞事」)。不過，喬治亞理工學院(Georgia Institute of Technology)進行的一些研究可能會改變這種狀況。lRyednc

根據喬治亞理工學院的新聞稿，包括該校在內的一個團隊已經開發出廉價、柔軟的聚合物材料。這些聚合物材料非常善於透過摩擦產生電荷，然後保持電荷直到可以將其提取為電流，儘管靜電不是一個新的發展，但產生、保持和取出靜電卻很棘手(想想Leyden jar)。lRyednc

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這張圖片顯示如何透過摩擦生電，亦即利用滑動兩種材料，且在他們之間產生間隙，從而產生電能。(圖片來源：Inertia Films)lRyednc

這當然很有趣，但是透過這種機制有多少可採集的能量呢？分析這個變得有點棘手…lRyednc

新聞稿援引團隊研究內容指出，該摩擦生電技術功率輸出高達300W，這點非常有意思。但是，能量採集與捕獲端的能量有關，與負載端的功率傳輸有關，如果可以的話，你可依照隨機方式採集能量，但必須將其作為功率(能量消耗的速率)消耗掉，因為任何實際負載都需要一定的最小功率閾值才能發揮作用。300W的數字可能轉化為幾乎沒有意義的能級(energy level)，且可以獲得的能量會越低，實際上以可接受的損耗收集它的難度就越大。lRyednc

儘管如此，喬治亞理工學院的研究聽起來仍然令人印象深刻且令人著迷。他們聲稱每立方米的功率容積密度超過400kW，效率超過50%。很難說明，這要如何轉化為實際應用，但這當然值得關注。lRyednc

研究人員還表示，它們的材料可用於與水流接觸來採集能量。這無疑會帶來新的機會，因為有許多「隱藏」的流動源，例如水槽和水龍頭，也許也可以被利用。lRyednc

幾年後可以再回顧生電來源變成了什麼，會很有趣。對於必須有效提取能源的電子產品，是否有足夠的能源使其變得可行？換能器的材料和相關的物理實現方式是否可靠且具有成本效益？它會成為大眾市場的能量來源，還是高度專業化的設備，例如使用熱電偶從熱源中提取能量的熱電發電機(TEG)？lRyednc

你是否還想探索其他「未開發」的採集能量的來源？ 你認為迄今為止沒有被利用的任何原因是什麼？lRyednc

編譯：Anthea Chuang，EDN TaiwanlRyednc

責編：Luffy LiulRyednc

(參考原文：Is triboelectricity the next harvesting source?，by Bill Schweiber)lRyednc

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