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风力摩擦发电装置

摩擦起电效应，是自然界中最常见的现象之一，它是由两种不同材料经过相互摩擦而使其接触表面带电的现象。相互接触的两块薄片，本来二者表面都不带电，但是在接触之后，由于材料不同，其性能也不同，一个容易失电子，一个容易得电子，由此就导致两种材料经过接触后一方带正电，一方带负电。这就是我们一般所认识的摩擦起电现象。这种现象虽然普遍，但是除了在电学实验中被用于形成高压电场之外，一直无法被有效利用来作为功率源。

3月下旬，关于“摩擦发电机”的报道引发广泛关注。消息选自2012年1月以来，中科院北京纳米能源与系统研究所首席科学家王中林科研团队设计出一系列摩擦发电机。

在两个薄片通过接触摩擦表面带电之后，再将这两个薄片表面分离，由于物体有保持电中性的倾向，因此通过电极层将这两个薄片与外电路连接，电子就会通过外电路在两个电极层之间流动，从而形成电流——依据这一原理，发电机可以将自然界中的微风、水流，甚至人体运动的机械能转化为电能。这种新型的摩擦发电机在保证发电效率的同时还成本低廉。

摩擦发电机可与传统发电机进行互补发电

摩擦发电机和传统的“电磁感应式发电机”、“摩擦起电机”不同，摩擦发电机的核心在于两个重要的思路创新，一是摩擦起电和静电感应效应的耦合，二是薄层式电极的设计。记者了解到，因为采用了仅有微米级厚度的薄膜材料，整个器件可以具有柔软甚至透明的特性。

虽然最初摩擦发电机的输出电流和功率并不理想，但是在王中林团队的努力下，经过两年时间，该问题已经被成功克服。研究人员发现，摩擦发电机的两个工作部件在相互滑动的过程中，电极之间的电荷转移量可以通过材料表面有序图案化得到极大提高，并和图案密度呈准线性关系。

因此，他们设计出一种图案化阵列结构，使摩擦发电机的输出功率产生了质的飞跃。最新的摩擦发电装置由平面化的圆形定子和转子两部分组成，采用表面图案化的摩擦层和电极层，通过旋转式接触的驱动设计实现了1.5W的平均输出功率，获得了高达24%—50%的能量转化率。

与传统发电机相比较，摩擦发电机的输出具有高电压低电流的特性，正好可以与传统发电机的低电压高电流形成互补的发电方式。

同时，由于摩擦发电机采用的是质轻、价廉的有机薄膜，使其单位体积发电量是传统发电机的30至50倍，其单位质量的发电量则是传统发电机30至40倍，在输出功率密度上具有非常大的优势。目前，王中林团队正在耐用性上对摩擦发电机进行研发改善，现有的摩擦发电机在连续100万次转动的情况下使用效率依然没有衰减。

摩擦发电机和手动式发电装置有何不同

在中国科学院北京纳米能源与系统研究所，王中林向记者展示了摩擦发电机的发电效果：连在一起的两块薄片，轻轻一捏使其表面发生接触，松手后，终端相连的灯光便相继亮起。这种将机械能转化为电能的方式并不是第一次出现。

类似的按压式手电筒也是将机械能转化电能，它与摩擦发电机又有何不同?

从原理上说，按压式手电筒的发电过程依据的是传统的电磁感应式发电原理，通过手的按动提供机械能，驱动手电筒内部的齿轮发生旋转，从而带动线圈做切割磁力线的运动从而产生电流。这样的发电装置都必须内置磁铁以形成磁场，导致其体积和重量都相对较大，内部结构也比较复杂，而且其输出功率不高，属于功率较小的“微小电器”。而摩擦发电机采用的是又轻又薄的塑料薄膜，结构小巧、简单，并且通过摩擦表面的图案化设计，将输出电流提高到3毫安，这样不仅能够实现对手机等“小型电器”的实时供电，而且很容易通过多组摩擦发电机形成阵列的形式，实现大规模的能源供给。

通过将发电机和电力管理电路结合，研究人员还进一步开发出了一套完整的小型供电系统。该系统具有降阻抗、整流、储能和稳压等功能，能够提供恒压稳定的直流输出，从而为包括手机在内的多种常用电子产品提供实时电力或直接充电。目前的输出功率密度最高可达500瓦/平方米。

投稿与新闻线索：陈女士微信/手机：13693626116 邮箱：chenchen#bjxmail.com（请将#改成@）

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