香港中文大学重要成果：水管式摩擦纳米发电机引领蓝色能源新潮流

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香港讯   香港中文大学工程学院的研究团队最近研发一款水管式摩擦纳米发电机，能够将多种不规则低频机械能，包括海浪能量，高效地转换成电能，为开发「蓝色能源」提供崭新路向。

海洋占据着地球表面面积约七成，是最大的能量存储器。科研人员一直致力探索如何充分利用海洋发电，解决世界能源危机及火力发电产生的污染问题。纳米发电机是开发机械能发电的关键技术之一，它主要分为压电、摩擦及热释电三种，其中摩擦纳米发电机（Triboelectric Nanogenerator，TENG）是利用摩擦起电和静电效应，把两种材料相互摩擦时的机械能转换为电能。

然而，一般的TENG装置都是固体与固体的摩擦，难以确保两种摩擦材料的接触紧密性，因此所产生的电荷密度往往较低，而且材料表面在长期摩擦后会磨损。此外，用于收集不规律振动能量的TENG装置，都需要加入不同的部件例如弹簧、支架、旋转器具等，复杂的结构会影响采电效率。

中大机械与自动化工程学系助理教授訾云龙教授领导的研究团队，最近克服了以上技术限制，他们针对不规律和低频环境，例如水面上的海浪，开发了一款水管式摩擦纳米发电机（WT-TENG）。团队将水封装在手指大小的胶管（FEP），当水与胶管的电极区域摩擦时，便会产生电流。基于水的流动性，WT-TENG适合在多种运动模式中收集能量，包括旋转、摇摆、跷跷板、水平线性模式等，可以对应风力、海浪、身体和车辆运动等。另外，由于水和胶管表面可以紧密接触，突破基于固体材料的TENG装置电荷体积密度不足问题。经过测试，WT-TENG的输出体积电荷密度在低至0.25 Hz的频率下达到9 mC / m3，是现有记录中最高的输出值。

此外，每个WT-TENG单元都可以像积木一样，拼合成较大型的发电装置，令电能输出倍增。研究团队测试了两个装置，分别是装有34个WT-TENG单元的盒子，被放到海面上收集海浪能量，以及有10个WT-TENG单元组成的手环，由测试员戴上并不断摆动手臂。两个测试的高峰发电量都足以推动150个LED灯泡。

訾云龙教授表示：「之前的海洋能收集系统往往要依赖庞大而笨重的电磁发电机，而且海浪要达到较高的频率才能产生电力。是次研究有望推动摩擦纳米发电机技术的应用，特别是用于收集『蓝色能源』，对人类发展可再生能源，实现碳中和的目标提供崭新方向。」

相关研究成果最近于国际知名期刊《先进能源材料》（Advanced Energy Materials）刊登。文章第一作者为博士后研究员吴昊、訾云龙教授为唯一通讯作者，香港城市大学王钻开教授参与指导了本工作。（《中国基建报》记者 林雨润 香港报道）