近日，中科院北京纳米能源与系统研究所和美国佐治亚理工学院联合研究小组设计和制作出大功率二维平面摩擦发电机，并成功展示了其通过收集环境中的机械能来实时驱动常规电子产品的能力。相关成果日前发表于《自然—通讯》期刊。业内专家认为，这种被称为“回转摩擦发电机”的新型发电装置能将微风、水流，甚至人体运动的动能转化为电能，不但效率高，而且成本低廉。
“该成果展示出大功率纳米发电机能够广泛地应用于收集包括空气流动、水体流动和人体活动在内的多种机械能的可能性，开创了自驱动便携式电子设备的实用化进程。”研究负责人、中国科学院外籍院士、美国佐治亚理工学院教授王中林在接受《中国科学报》记者采访时表示。
由朱光、陈俊等组成的主力团队发现，摩擦纳米发电机的两个工作部件在相互滑动的过程中，电极之间的电荷转移量可以通过材料表面有序图案化得到极大提高，并和图案密度呈准线性关系。科学家设计出两种图案化阵列结构，使摩擦纳米发电机的输出功率实现了质的飞跃。
在第一种结构中，发电机由平面化的圆形定子和转子两部分组成。当相对转动速率为3000转/分钟时，该发电机的能量转化效率为24%。在第二种结构中，图案化网络由一组平行的微型线性阵列组成。当两部件之间的相对滑动速率为10米/秒时，该发电机的平均输出功率高达3瓦。研究人员还通过高分子纳米颗粒润滑处理，进一步降低了摩擦滑动的能量损耗，使能量转化效率接近50%。
“作为直接供电源，它们能够为日常用球形灯泡等电器提供连续的电力。”王中林说。此外，研究人员还进一步开发出了一套完整的小型供电系统。该系统具有降阻抗、整流、储能和稳压等功能，能够提供恒压稳定的直流输出，从而为包括手机在内的多种常用电子产品提供实时电力或为其直接充电。