Feel that nanopower-Y.Zhang, A.Noy 2017

编者按:作者 Timothy Revell在文中描述了利用扭曲碳纳米管进行能量收集的工作原理,这项技术是该领域的重大突破。

这听起来像一个简单的任务:利用周围环境的能量做一些有用的事情,例如利用晨跑振动所产生的能量给iPod充电。 但在过去的几百年里,许多能量采集装置都没能履行承诺实现这个想法。因为那些采集器似乎无法长时间维持足够的能量去做任何有用的事情。这种情况看起来将会改变。

一种使用碳纳米管的能量采集装置已经达到了前所未有的最高水平。这些纳米管被纺成大约20毫米厚的纱线,然后加捻成比人头发还细的线圈。这些线圈被浸没在电解液中,制作成被称为“螺旋采集器”的装置。

使用比蚊子重量还轻的纱线,该团队能够采集足够的电力来运行LED ——仅仅依靠海洋波浪和身体运动的环境活动所产生的能量。 得克萨斯大学达拉斯分校的雷·鲍曼说:“我们的采集器产生的电量比任何其他能量采集器都要高,其中一些采集器已经存在了数十年。”

英国切斯特大学的Yu Jia说,能量采集器有着适度的目标:相比给家庭供电,他们的目标是为远程设备提供动力,然而更换电池是一种痛苦。例如,在2015年,Jia用上一代的能量采集器给在苏格兰的福斯公路桥底的传感器供电。“为了维护和测试,在桥下安装无线传感器真的很有帮助,”他说。出于类似的原因,英国公司Perpetuum将传感器安装在列车的底部。

电池问题

尽管如此,“更换电池需要大量的脚手架,十分麻烦”,Jia说。更重要的是,能量采集器只能在有大量的振动供给的情况下工作,要么是汽车过桥,要么是火车隆隆作响。

如果你想要传感器在没有振动的地方呢?“海军希望有成千上万个浮标点缀在海洋上,测量污染程度,温度,然后将这些信息传递回海岸,”鲍曼说。当传感器上的电池耗尽时,不可能逐一前往各处更换——而这时由波浪运动产生的能量就会派上用场。

鲍曼和他的同事们证明,他们的螺旋采集器在一端有重物,另一端有浮标时,可以为工作提供足够的能量。 当拉伸时,纱线保持电荷的能力降低,产生的连锁效应增加了相关电压。 随着浮标的移动,伸缩采集器,使其发电。

尽管它们产生了足够的电力,但目前这些采集器成本过于昂贵,无法用于商业用途。制作纱线并不容易,而且要花很多时间和金钱。但鲍曼希望将来会有所改变。

“这是第一次发现一个基于扭曲过程的能量采集器,但它只是一个婴儿。我们还有很多东西要学,”他说。

期刊参考: Science, DOI: 10.1126/science.aam8771

原文链接:https://www.newscientist.com/article/2145293-twisted-carbon-nanotubes-harness-waste-energy-and-put-it-to-work/

编译组出品。编辑:郝鹏程

新技术极大改善能量收集效率,跑步时能给手机充更多电了

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