海洋是巨大的能源寶庫(kù)，理論上，海洋*可以滿足地球上所有的能源需求，并且不會(huì)對(duì)大氣造成任何污染，因此海洋能也被譽(yù)為“藍(lán)色能源”。與風(fēng)能或太陽(yáng)能相比，藍(lán)色能源擁有地理分布上的優(yōu)勢(shì)，海洋覆蓋了地球75%的表面，約44%的人口都居住在距海岸線150千米的范圍內(nèi)。但與風(fēng)能和太陽(yáng)能等可再生能源相比，對(duì)藍(lán)色能源的開發(fā)和能量收集一直充滿坎坷，主要因?yàn)閭鹘y(tǒng)的電磁發(fā)電機(jī)的發(fā)電模式都是基于法拉第電磁感應(yīng)定律，其輸出功率與頻率的平方成正比，故需一個(gè)穩(wěn)定的且非常高的工作頻率（50~60Hz）才能獲得穩(wěn)定的輸出，但無(wú)論是海洋中的波浪、潮汐和洋流等，其運(yùn)動(dòng)頻率均較低（0.1~5Hz），且海浪變幻無(wú)常，運(yùn)動(dòng)無(wú)規(guī)律，很難利用電磁發(fā)電機(jī)對(duì)其進(jìn)行能量收集。相比之下，由北京納米能源與系統(tǒng)研究所科學(xué)家、佐治亞理工學(xué)院董事教授王中林于2012年提出的摩擦納米發(fā)電機(jī)，在一個(gè)較寬的頻率范圍內(nèi)，輸出電流與機(jī)械能頻率成正比，而輸出電壓保持相對(duì)穩(wěn)定，對(duì)于頻率低于5Hz海浪波動(dòng)，摩擦納米發(fā)電機(jī)的輸出效率遠(yuǎn)高于電磁發(fā)電機(jī)，非常適用于收集藍(lán)色能源。
針對(duì)上述問題，在王中林指導(dǎo)下，由訾云龍、郭恒宇和文震等組成的團(tuán)隊(duì)，研發(fā)了一種基于摩擦納米發(fā)電機(jī)和電磁發(fā)電機(jī)的復(fù)合系統(tǒng)，對(duì)藍(lán)色能源進(jìn)行收集，并于近日發(fā)表于《能源材料》（Adv. Energy Mater.）和《美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)-納米》（ACS Nano）期刊。首先，該團(tuán)隊(duì)利用磁鐵之間的吸引力作為非接觸牽引力，將摩擦納米發(fā)電機(jī)封裝防水，同時(shí)磁鐵之間嵌入銅線圈，構(gòu)成簡(jiǎn)易的電磁發(fā)電機(jī)，該復(fù)合系統(tǒng)可以收集海洋的波浪和洋流等運(yùn)動(dòng)能量，并可通過電路控制使其輸出，使其阻抗匹配，如圖(a)所示。后續(xù)，該團(tuán)隊(duì)基于相同原理，設(shè)計(jì)了一種同心筒狀器件結(jié)構(gòu)，不僅可以在水下工作，且可同時(shí)收集海洋波浪振動(dòng)和洋流流動(dòng)的能量，如圖(b)所示。值得注意的是，因?yàn)槟Σ良{米發(fā)電機(jī)在低頻條件下可以穩(wěn)定工作，故該器件可以在任意時(shí)刻收集藍(lán)色能源，當(dāng)海洋運(yùn)動(dòng)頻率加快時(shí)，電磁發(fā)電機(jī)除了提供非接觸牽引力外，自身也可以輸出電能，從而使該器件可以在一個(gè)非常寬的頻率范圍內(nèi)持續(xù)工作，收集任何一種頻率的藍(lán)色能源。
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