基于蜂窝状三电极杂化的纳米发电机用于海洋能量收集的研究

论文摘要

当前人类文明的快速发展以及经济社会的不断进步,很大程度上都依赖着不可再生的化石能源,例如煤炭、石油、天然气等。然而随着时代的进步、社会的发展,这些不可再生的化石能源急剧消耗,并同时引发了一系列的环境污染问题。因此,为了满足人类日益增长的能源需求、坚持可持续发展战略,可再生能源和清洁能源的开发和利用在全世界范围内引起了广泛的关注。海洋面积占地球表面的70%以上,其中蕴藏着丰富的可再生能源和清洁能源,并以波浪能、潮汐能、海流能、热能和渗透能等形式存在。其中,海洋表面波具有丰富的动能和势能,因此波浪能是海洋能利用的重要组成部分。迄今为止,传统的电磁发电机（EMG）是收集海洋能最主要的技术,然而其体积大、质量重、消耗大,更为重要的是波浪振动方向随机、振动频率较低（<5 Hz）,适合采集高频振动能量的电磁发电机很难有效地收集波浪能。与此同时,摩擦纳米发电机（TENG）是基于摩擦起电和静电感应相耦合将机械能转换为电能的器件,具有能量转换效率高、成本低、结构灵活性强、材料选择丰富、低频条件下输出高等优点,广泛地应用于自驱动传感、环境能源等方面。因此,TENG在海洋能收集方面具有独特的优势。本论文以摩擦纳米发电机技术为出发点、以有效收集海洋蓝色能源为根本目的,研究设计了一种有效采集波浪能的新型结构,为大规模收集蓝色能源提供了一种新颖而有效的方法。主要研究工作如下:本文提出了一种基于蜂窝状三电极结构杂化的海浪纳米发电机（How-NG）,它由摩擦纳米发电机（TENG）和电磁发电机（EMG）组成。基于独特的电极结构设计,How-NG拥有两种工作模式——独立层滑移模式和垂直接触分离模式,其分别可收集两种形式的波浪能,即海洋表面波的动能和势能。同时,我们测试了在不同的工作条件下,TENG部分和EMG部分的输出性能。实验结果显示,当滑动位移为3.5 cm、工作频率为4 Hz时,TENG的开路电压可达550 V,转移电荷量可达140 nC,并在一个周期内可达到最大的输出能量21.7μJ;EMG的短路电流可达4.65 mA,开路电压可达3 V,当外部负载为350Ω时,EMG可达到最大的输出功率8.23μW。再者,蜂窝状三电极结构的设计,使得How-NG可以适应波浪振动的随机性,全方位多角度的采集波浪振动的能量。此外,通过调整磁铁的重量来实现不同的共振参数,处于共振状态下的How-NG可以更有效地收集海洋能量。在实际应用中,How-NG可以在23s内将4.7μF的商业电容器充电到2 V。最后,将两个基本单元垂直地组装在一个密封的圆柱形亚克力外壳内,该装置通过收集水波振动的能量能够驱动上百个绿色LED。该设备可以大量铺设在海洋上形成收集阵列,有望实现大规模蓝色能源的采集。这项工作为从海洋中大规模收集蓝色能源提供了一种新颖而有效的方法。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 冯莉

导师: 胡陈果

关键词: 摩擦纳米发电机,海洋波浪能,蜂窝三电极,蓝色能源

来源: 重庆大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 海洋学,新能源,电力工业

单位: 重庆大学

分类号: TM31;P743

DOI: 10.27670/d.cnki.gcqdu.2019.001095

总页数: 66

文件大小: 3493k

下载量: 37

相关论文文献

• [1].美国华人科学家发明交流纳米发电机[J]. 广西电力建设科技信息 2008(04)
• [2].多酸用于柔性透明压电纳米发电机的电极材料以高效收集环境中的机械能（英文）[J]. Science Bulletin 2020(01)
• [3].热声驱动摩擦纳米发电机研究[J]. 工程热物理学报 2019(12)
• [4].一种采集风能的多层薄膜颤振混合纳米发电机[J]. 微纳电子技术 2020(02)
• [5].摩擦纳米发电机表面织构的优化设计[J]. 机械工程学报 2020(03)
• [6].摩擦纳米发电机及其应用[J]. 微纳电子技术 2020(03)
• [7].我国科学家利用摩擦纳米发电机驱动电沉积制备三功能催化剂[J]. 家电科技 2020(03)
• [8].摩擦纳米发电机在织物基智能可穿戴中的应用[J]. 现代纺织技术 2020(04)
• [9].平建峰研究员团队利川摩擦纳米发电机技术为农业提供绿色能源[J]. 浙江大学学报(农业与生命科学版) 2020(03)
• [10].基于摩擦纳米发电机的可穿戴能源器件[J]. 物理学报 2020(17)
• [11].摩擦纳米发电机研究可视化图谱分析[J]. 科学技术与工程 2020(24)
• [12].从下落的水滴中收集能量[J]. 物理 2020(10)
• [13].湿度对铜-聚氯乙烯基摩擦纳米发电机输出性能的影响[J]. 真空科学与技术学报 2020(10)
• [14].纳米发电机将改变世界[J]. 电力设备管理 2019(01)
• [15].纺织基摩擦纳米发电机收集人体运动能量的研究[J]. 纺织科学与工程学报 2019(02)
• [16].铝掺杂对氧化锌基摩擦纳米发电机输出性能的影响[J]. 电子元件与材料 2019(10)
• [17].结合摩擦纳米发电机的嵌入式系统应用[J]. 中国科技信息 2018(10)
• [18].非平行接触分离式摩擦纳米发电机的理论研究[J]. 大学物理 2018(11)
• [19].生命不止,能量不息——植入式摩擦纳米发电机的研究与应用[J]. 科技导报 2017(02)
• [20].纳米发电机可捕获人体运动能量[J]. 计量与测试技术 2017(01)
• [21].摩擦纳米发电机首次用于高灵敏度质谱仪[J]. 科技传播 2017(05)
• [22].摩擦纳米发电机的结构与原理分析[J]. 南方农机 2017(06)
• [23].信息与资料[J]. 电世界 2017(06)
• [24].透明可拉伸的仿皮肤式摩擦纳米发电机研制成功[J]. 润滑与密封 2017(07)
• [25].复旦大学新研究:可植入静脉的纳米发电机[J]. 防灾博览 2017(05)
• [26].基于摩擦纳米发电机的自驱动计步传感器[J]. 电子科技大学学报 2017(05)
• [27].复合型电磁-摩擦纳米发电机[J]. 科学通报 2016(12)
• [28].新型摩擦纳米发电机[J]. 能源与节能 2016(04)
• [29].微能源 巨能量:纳米发电机将颠覆传统电力[J]. 云南电力技术 2015(S2)
• [30].中国研制成功水能摩擦纳米发电机或可收集海浪能[J]. 功能材料信息 2014(04)

标签：摩擦纳米发电机论文;  海洋波浪能论文;  蜂窝三电极论文;  蓝色能源论文;