近日，浙江大学海洋学院海洋电子与智能系统研究所纳米能源研究团队，利用气球制成了可用于收集波浪能的多倍频高性能摩擦纳米发电机。研究成果已发表于国际著名期刊《先进能源材料》。
据了解，由浙大徐志伟教授领衔的研究团队制备的这一多倍频高性能摩擦纳米发电机，由一个方形盒和一个水气球两部分构成：方形盒内壁上覆盖一层导电铜箔，导电铜箔表面粘一层尼龙薄膜，将导线放入注有氯化钠水溶液的气球，再将制作好的水气球放到方形盒中，这台发电机即可投入使用。
（a） 这款多倍频高性能摩擦纳米发电机浮在水面的效果展示图；(b、c)其结构展开图和内部材料分布情况实物图；(d)发电机实物图（e-f）水气球制作过程图；（h、i）气球薄膜和尼龙薄膜的电镜照片。
“根据摩擦起电原理，当气球和尼龙薄膜相互碰撞摩擦时，两种薄膜的表面会带上等量的异种电荷。当两种薄膜做接触-分离运动时，气球中的氯化钠溶液和导电铜箔就会感应出等量异种电荷，这时，在连接两个电极的电路中就会产生交变电流。”项目执行人夏克泉解释说。
基于水气球的多倍频高性能摩擦纳米发电机的发电原理示意图
据介绍，由于水气球的弹性和可拉伸性，即便受到低频率的外力作用，也会和尼龙薄膜不断碰撞摩擦，在表面不断积累电荷直到达到饱和，进而产生多倍频的输出电流。根据实验测试，在1.5 赫兹的工作频率下，这款发电机短路电流的瞬时峰值可以达到147 微安，开路电压的瞬时峰值可以达到1221 伏。
值得一提的是，这一多倍频高性能摩擦纳米发电机可收集任意方向的机械能，推动了摩擦纳米发电机在海洋能收集方面的应用。相同条件下，它在一个工作周期内的总转移电荷是传统的基于双板结构的摩擦纳米发电机的28倍。
三种工作模式示意图及其电学输出特征：(a) 完全接触-分离模式； (b) 局部接触-分离模式；(c) 往复接触-分离模式
