专栏名称: 传感器技术

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超薄的能量采集设备：有效利用人体运动产生电力

传感器技术 · 公众号 · · 2017-07-30 05:15

正文

导读

目前，许多能量采集装置都无法有效利用人体的低频运动产生的能量。然而，最近美国范德堡大学纳米材料和能量装置实验室的研究人员开发出一种超薄的新型能量采集系统，它基于电池技术，由二维材料黑磷组成，能够有效利用极低频率的人体运动，产生电力。

关键字

自供电、电池、二维材料

因此，从如此低频的运动中提取有用的能量是极具挑战性的。 举例来说，目前许多个研究小组开发了基于压电材料的能量采集器，将机械应变转化为电力。但是，这些材料的最佳工作频率通常高于100赫兹。也就是说，它们并不适用于任何人体运动。所以，即使在最优条件下，它们能够达到的极限效率也低于 5%~10% 。

创新

为了解决上述问题，最近美国范德堡大学纳米材料和能量装置实验室的研究人员开发出一种新型超薄能量采集系统。这种新型设备基于电池技术，由几层只有几个原子厚度的黑磷组成。即使受到极低频率的人体运动所产生的弯曲或按压，它也可以产生少量电力。

（图片来源于：John Russell / 范德堡大学）

团队与机械工程专业副教授 Greg Walker 展开合作。他采用计算机模型验证了这些对于锂电池材料的观测。研究结果发表在《 ACS Nano 》杂志上，文章标题为《锂电池电极的可调谐的力化学》“ Tunable Mechanochemistry of Lithium Battery Electrodes”。

这些观测让 Pint 的团队使用同一材料制造正负电极，重新构造了电池。尽管这样阻止了设备存储能量，但是它能充分利用由弯曲和扭曲引起的电压变化，从而产生大量的电流，以响应人体运动。

该实验室的初步研究在2016年发表。同时，他们进一步受到了麻省理工学院的一项突破性研究的启发。麻省理工学院的研究人员通过硅和锂制造出了一个邮票大小的设备，该设备能够采集能量，并且正是通过Pint和他的团队正在研究的效应。

作为回应，范德堡大学的研究人员决定通过使用黑磷纳米片使得设备尽可能变薄。黑磷是二维材料研究界最新的宠儿，它具有引人注目的电学、光学和电化学特性。