海洋所開發(fā)出新型摩擦納米發(fā)電機(jī)用于海洋能轉(zhuǎn)化應(yīng)用
近日,國際學(xué)術(shù)期刊Energy & Environmental Science(IF=32.5)刊發(fā)了海洋所關(guān)于具有運動形式轉(zhuǎn)化、運動整流和頻率倍增多重特性的摩擦納米發(fā)電機(jī)設(shè)計及其在海洋能轉(zhuǎn)化應(yīng)用研究。研究通過對摩擦納米發(fā)電機(jī)的工作原理和結(jié)構(gòu)要素進(jìn)行優(yōu)化,系統(tǒng)地提高了其運行效率。
海洋環(huán)境蘊藏著大量的能量,包括波浪能等。摩擦納米發(fā)電機(jī)是一種可將環(huán)境能量轉(zhuǎn)化為電能的器件,在海洋低頻能量采集轉(zhuǎn)化方面具有顯著優(yōu)勢。通過該器件轉(zhuǎn)化的電能可為離岸設(shè)備、深遠(yuǎn)海腐蝕防護(hù)等應(yīng)用提供持續(xù)的電能輸送。
研究團(tuán)隊報道了一種基于螺旋桿和棘輪結(jié)構(gòu)的摩擦納米發(fā)電機(jī),通過這種獨特結(jié)構(gòu)實現(xiàn)對外部激勵的運動形式轉(zhuǎn)化和運動整流,從而有效避免以往摩擦納米發(fā)電機(jī)存在的能量負(fù)疊加以及能量收集帶寬窄的缺點。同時,螺旋桿的應(yīng)用以及對結(jié)構(gòu)自由度的限制使得電流輸出頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于外部激勵的頻率。以上述設(shè)計為基礎(chǔ),通過對結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析,建立了力傳遞關(guān)系的數(shù)學(xué)模型,并演示了這種新型的摩擦納米發(fā)電機(jī)在模擬海洋環(huán)境中的能量采集、轉(zhuǎn)化模式。本研究不僅為摩擦納米發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計引入創(chuàng)新范式,而且為海洋能源收集和利用提供理論指導(dǎo)。

基于棘輪和螺旋桿結(jié)構(gòu)的摩擦納米發(fā)電機(jī)的原理圖

基于棘輪和螺旋桿結(jié)構(gòu)的摩擦納米發(fā)電機(jī)的工作流程圖
論文第一作者為中國科學(xué)院海洋研究所聯(lián)培碩士生姜雯勇,通訊作者為王鵬研究員。研究得到了國家自然科學(xué)基金項目等支持。
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