走路即可供电，摩擦纳米发电机研究突破或带动新时代能源变革( 六 ) 随着通讯、互联网等技术的发

五、TENG的应用
TENG具有质量轻（可用塑料来做，不需要传统发电机的磁铁与线圈）、体积小、低频效率高、选材广泛（可根据需要进行选材）等优势。
基于其优势， TENG主要在以下4个方面有广泛的应用前景：
第一是微纳能源，比如用于穿戴电子设备的电源供给。
第二是自驱动传感， TENG既能把机械信号转变成电信号作为能源，也可以将机械信号转化出的电信号，直接作为运动的识别信号。此外，它不需要外加供电，线路比较简单，并且具有高电压特性，更方便电路检测。
第三因其高压特性，可以成为一个很好的高压源。
第四是蓝色能源，这是一个场景比较大的应用。蓝色能源是将TENG组成网络来收集波浪，达到一个大的能源输出。

文章图片
图丨TENG的4个应用前景（来源：王杰，络绎知图整理）
TENG在蓝色能源中的应用
全球海洋能的总储量约760亿瓦，相当于全世界发电装机总功率的10倍，我国有长达18000千米绵长曲折的海岸线，有大量的海洋能。如果能够将TENG组成网络，收集无序、随机、低频的波浪能，会为海洋的开发利用和碳中和提供新的思路。
关于海洋能的利用，国内外已经探索了很多年，早期曾使用固定式发电机，但因其过高的安装成本而没有继续推进。之后利用漂浮式发电机来收集能量，因为采用的是传统的电磁感应发电机，重量比较大，与漂浮式要求的重量轻相互矛盾，在应用过程中问题比较多而没有继续推进。
对此，王中林院士提出使用TENG的小球网络来收集波浪能。

文章图片
图丨单点接触的网络状TENG（来源：王杰，络绎知图整理）
单点接触的TENG基于自由摩擦层工作模式，由尼龙球和背面有电极的Kapton膜摩擦产生静电荷。当球随着波浪在两电极间来回滚动时，会在外电路中产生交流电。在1.43Hz的波浪频率下，单个发电机可以产生24nC的电荷和1.2μA的短路电流。
这种TENG寿命很长，但因为是单点式，因此输出功率有待提高。王杰团队通过材料优化的方式，如将PTFE改用硅胶，使得电荷密度有大幅度提升，最大功率也有10倍以上的提升。
另一种收集波浪能的方式是使用双线摆驱动的多层TENG ，实现多面摩擦发电。其原理是将双线摆模块设计在船体上，利用船体的晃动与海浪摩擦产生的能量发电。

文章图片
图丨双线摆辅助的多层TENG工作原理（来源：王杰，络绎知图整理）
基于软接触、超薄和微纳表面结构的介电材料以及多层结构的合理空间利用率，它实现了200Wm-3的高功率密度,且船体平台具有提高TENG在海上的适应能力、简化封装和降低运营成本等优势。
针对远洋的多向波浪能收集，王杰团队又设计了圆形的TENG ，以实现全向水波浪能的有效收集；采用主动共振系统收集低频的波浪能，以实现全频段水波能的有效收集。
有了船体平台和相对来说比较高的功率的发电模块，利用TENG除了构建小型的海洋能发电站，还将在海洋化学资源的提取、海水资源的生产利用、构建海洋物联网工程等方面有巨大的应用潜力。
络绎科学关注前沿科技和为之奋斗的科研工作者们。我们希望通过持续不断分享，为大家带来前沿科技和为之走过“弯路”却仍然风雨兼程的科研工作者们的真实经历。