大雪紛飛也有另類收穫,新型超薄設備利用降雪發電

發佈日期: 2019 年 04 月 17 日 15:00 | 作者: | 分類: 產業資訊

大部分電池在低溫環境下運作效能低落,於是加州大學洛杉磯分校(UCLA)研究人員設計出結合摩擦奈米發電機、利用積雪來發電的超薄設備,可以集成到太陽能電池板中,如此一來就算遇到大雪也有另一種方法可以繼續提供電力。

摩擦起電在自然界中是很常見的現象,梳頭髮、冬天穿脫毛衣時都會發生,而摩擦奈米發電機(Triboelectric Nanogenerator,TENG)就是應運而生的一種設備,據科技部解釋,TENG 最早是 2012 年由美國喬治亞理工學院王中林教授所研發。

摩擦奈米發電機是透過交換靜電產生的電荷產生能量,而加州大學洛杉磯分校(UCLA)化學與生物化學助理研究員 Maher El-Kady 指出:積雪其實是種不斷丟失電子所以帶正電的物質,既然如此,我們何不製造一種帶相反電荷的材料設備,利用電荷交換產生電力?

研究團隊便基於積雪帶正電的原理,設計了帶負電的矽氧樹脂(polymerized siloxanes,俗稱 Silicone)材料,如此一來,當落雪接觸樹脂表面並摩擦掉落時,就會發生電荷交換,進而產生電能。

選擇矽氧樹脂也有學問在內,由於摩擦奈米發電機的性能取決於材料提取電子的效率,所以在團隊測試了鋁箔、聚四氟乙烯(Polytetrafluoroethylene,PTFE)等大量材料後,他們發現矽氧樹脂產生的電荷比其他材料都還要多,且以此製成的原型設備非常薄但柔韌、價格便宜。

每年冬天,地球表面約 30% 地區被大雪覆蓋,積雪堆在太陽能電池板上導致它們英雄無用武之地,有些解決方法比如研發太陽能追日系統,透過旋轉電池板抖掉積雪,以維持太陽能電池板功率輸出。

而加州大學洛杉磯分校的這種新設備可以直接集成到太陽能電池板中,當電池板因積雪無法接收陽光發電時,還有另一種積雪摩擦發電的管道,與之前中國蘇州大學團隊研發結合奈米摩擦發電機、使電池板在雨天也能摩擦發電的新型太陽能板,有異曲同工之妙。

積雪式摩擦奈米發電機除了與太陽能電池板結合,也可以引入新一代自供電可穿戴設備,用來追蹤穿戴者的表現,或者充當判斷一個人是否正在移動、走路還是跑步的訊號發送源。

新論文發表在《Nano Energy》期刊。

(合作媒體:科技新報。首圖來源:Eleleleven via Flickr CC BY-SA 2.0)

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