行走、吹氣、拍打……一舉一動皆能發(fā)電，這項全新的能源供給模式日前在中關(guān)村示范區(qū)對外展示。這也意味著，未來每個人都是“移動電源”，可以對手機進行“自充電”。

日前，筆者在中國科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所(以下簡稱“中科院納米能源所”)的展廳里，見到了這種全新能源供給模式。只見工作人員拿起一個小塑料球，輕輕一晃，十幾盞LED燈“唰”地一下全被點亮了;再戴上一副粉色格子的手套，雙手輕輕摩擦、拍打，馬上就有電流產(chǎn)生;朝一個鼠標(biāo)大小的摩擦發(fā)電機輕輕吹氣，一旁的報警器立即尖叫……

一舉一動皆能發(fā)電

“我們每人每天都會做這樣的動作，但沒什么人知道可以用來發(fā)電。”摩擦發(fā)電機創(chuàng)始人、中科院納米能源所首席科學(xué)家王中林告訴筆者，風(fēng)力、水 力、海浪可用來作為摩擦發(fā)電機的動力源，已被人們所熟知。其實人的行走、身體的晃動、手的觸摸、下落的雨滴這些環(huán)境隨機能源以及車輪轉(zhuǎn)動、機器轟鳴等也都可以給摩擦發(fā)電機帶來動力，實現(xiàn)對機械能的有效收集，產(chǎn)生電能。

摩擦發(fā)電機在2012年1月首次研發(fā)成功。王中林透露，與傳統(tǒng)的電磁感應(yīng)式發(fā)電機和摩擦起電原理完全不同，摩擦發(fā)電機利用的是摩擦起電和靜電感應(yīng)效應(yīng)的耦合，同時配合薄層式電極的設(shè)計實現(xiàn)電流的有效輸出。其結(jié)構(gòu)非常簡單、輕巧，用來產(chǎn)生摩擦并形成電流向外輸出的基本元件，都是僅有微米級厚度的薄膜材 料，使得整個器件具備柔軟甚至透明的特性。

手機將實現(xiàn)“自充電”

未來，人們可以將摩擦發(fā)電機安裝到鞋子上或者腿上。在人走動的時候，腳部對鞋底的按壓或腿的晃動等動作就會通過摩擦發(fā)電機轉(zhuǎn)換成電流，將這些電流收 集起來并通過電池進行存儲，就實現(xiàn)了對電池的充電。走路速度快，充電的速度就快一些，走路速度慢，充電的速度就慢一些，但是這并不影響最終的使用效果。這 種充電過程無需人們額外做功，只要按照正常的節(jié)奏做日常的動作即可，使用將會非常方便。王中林表示，在三到五年內(nèi)將可以利用摩擦發(fā)電機技術(shù)實現(xiàn)手機的“自充電”。

據(jù)了解，摩擦發(fā)電機的成本很低，主要部件由有機材料和常見金屬構(gòu)成，而且用量極少，非常適合大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化推廣。其輸出性能可以通過簡單的材料更換或者在材料表面制備納米涂層來控制和改善，還可以通過化學(xué)方法對其表面進行修飾，以實現(xiàn)更豐富的功能。這給化學(xué)和材料領(lǐng)域增加了非常多的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究機會，甚至可能產(chǎn)生一些新的研究方向，并帶動新興行業(yè)的快速發(fā)展。

小能源背后的大產(chǎn)業(yè)

雖然最初的摩擦發(fā)電機輸出功率密度僅有3.67mW/m2，但在王中林團隊的努力下，摩擦電發(fā)電機的輸出功率極限不斷被刷新，目前最高可達500W/m2，較最初的輸出整整提高了5個數(shù)量級。在這一過程中，研究人員還發(fā)現(xiàn)，摩擦發(fā)電機的兩個工作部件在相互滑動的過程中，電極之間的電荷轉(zhuǎn)移量可以通過 材料表面有序圖案化得到極大提高，并和圖案密度呈準(zhǔn)線性關(guān)系。

因此他們設(shè)計出一種圖案化陣列結(jié)構(gòu)，使摩擦發(fā)電機的輸出功率產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍。最新的摩擦發(fā)電裝置由平面化的圓形定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成，采用表面圖案化的摩擦層和電極層，通過旋轉(zhuǎn)式接觸的驅(qū)動設(shè)計實現(xiàn)了1.5W的平均輸出功率，獲得了高達24%-50%的能量轉(zhuǎn)化率。

其最新的研究成果成功地克服了摩擦發(fā)電機輸出電流小、電壓高、難以直接給用電器有效充電的缺陷，實現(xiàn)了對小型電器的實時供電。該研究結(jié)果不僅讓人們看到了摩擦發(fā)電機向產(chǎn)業(yè)化的快速奔進，更使其從微小能源領(lǐng)域一躍躋身到有望大規(guī)模應(yīng)用的綠色新能源之列。