港中大工程学院研发水管式摩擦纳米发电机 高效收集海洋能 引领蓝色能源新潮流
香港中文大学（中大）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，是最大的能量储存体。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、水准线性模式等，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。
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、水准线性模式等。
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。这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。」
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。
研究团队将装有34个WT-TENG单元的盒子，放到海面上收集海浪能量，高峰发电量足以推动150个LED灯泡。
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。
訾云龙教授（左）和吴昊博士（右）
有关訾云龙教授
訾云龙教授在2017年加入中大，致力于研究能量收集技术特别是TENG以及相关的自驱动系统，取得一系列研究成果，荣获多个奖项。此研究项目获得香港特别行政区研究资助局杰出青年学者计划、创新科技署创新及科技基金、信兴高等工程研究院、广东省基础与应用基础研究基金的资金支援。
訾云龙教授目前在深圳研究院承担的项目
广东省基础与应用基础研究基金项目-区域联合基金-青年基金项目：可再生海洋能源的高效收集-2020A1515111161
原文转载
香港中文大学传讯及公共关系处 二零二一年三月十八日《中大工程學院研發水管式摩擦納米發電機 高效收集海洋能 引領藍色能源新潮流》https://www.cpr.cuhk.edu.hk/sc/press/leading-blue-energy-revolution-cuhk-faculty-of-engineering-develops-water-tube-based-triboelectric-nanogenerator-for-efficient-ocean-wave-energy-harvesting/