海洋能被譽為風能、太陽能等綠色能源之后的“藍色能源”。然而，海浪發(fā)電轉換率不高的問題一直困擾著科學家。最近，中國科學院北京納米能源與系統(tǒng)研究所所長、首席科學家王中林帶領他的團隊，首次提出了基于摩擦發(fā)電機網絡結構的海洋能采集方式，顛覆了從前以電磁感應收集海洋能的方式，并有望在五年內實現產業(yè)化。“藍色能源開發(fā)不再是夢。”王中林在接受《中國科學報》記者采訪時如此表示。
目前，海洋能的采集主要基于電磁感應的原理，利用海洋水流沖擊形成線圈對磁感線的切割來產生電能。不過，這類采集方式存在一些弊端。“構成傳統(tǒng)電磁感應機的是重的磁鐵和線圈，放到水里后會往下沉，不能自然地浮在水體表面，除非從海底建立支撐塔架，這樣大大加大了工程的難度和代價。再加上海里上下翻騰的波浪的不規(guī)則運動，使得傳統(tǒng)的電磁發(fā)電機難以收集波浪能。”王中林說，“但海洋能的大部分機械能都是蘊涵在海水表面的波動能。”
美國佐治亞理工學院博士生陳俊也指出，這些磁鐵和線圈只能采集水流的能量，方向性比較單一，而且鐵質結構很容易受到海水的腐蝕，極大地制約了長期使用的可能性。
2012年，王中林帶領研究小組提出了“摩擦納米發(fā)電機”的概念。摩擦納米發(fā)電機是利用高分子材料通過摩擦起電和靜電感應的耦合而實現的。這種發(fā)電機不僅能夠驅動微納電子器件工作，還可以給便攜式電子設備和家用電器供電，其質量輕、密度小，能漂浮在水面上。
在此基礎上，中美兩國的研究人員合作發(fā)明出由摩擦發(fā)電機網絡組成的海洋能發(fā)電新技術。“摩擦納米發(fā)電機連起來像漁網一樣，在海水上下翻騰時可以回收大面積的波浪能。”王中林說。
“結構的巧妙是這項技術的一大特色。”作為研究小組主導成員之一的陳俊介紹說，每個器件單元中的塑料球，能夠很有效、很靈敏地將海水表面的波動轉換成自身的動能。滾動的小球，則能撞擊以觸發(fā)每個最小功能單元，將海水的波動能轉化成電能。
所以，該器件不僅可以對水流的機械能進行回收，還可以漂浮在水面上進行波動能的采集，不僅可以收集大風大浪的機械能，而且對小波動的能量也能進行有效采集。
“此外，提出網絡這種概念，實際上是一種積少成多的方式。”中國科學院北京納米能源與系統(tǒng)研究所副研究員張弛表示，這種積少成多的作用可以收集巨大的能量，有助于解困能源危機，真正實現環(huán)境友好型供電。
從原理上區(qū)別于傳統(tǒng)電磁感應的摩擦納米發(fā)電機被科學家們視為“顛覆性的技術”。在能源業(yè)內人士看來，這項技術適合大規(guī)模生產。
據了解，實驗測試表明，1平方公里的海洋能輸出，可以有望達到1.15兆瓦，相當于點亮10萬支10瓦的燈泡，如果做成2萬平方公里的發(fā)電網絡，發(fā)電量相當于三峽大壩的輸出電量。
盡管這項研究仍處于實驗室基礎研發(fā)階段，“但是，我們應該看到它巨大的潛能，根據實驗結果推算，當真正實現大面積收集海洋能時，我們的能源將永遠不是問題。”王中林指出。
據張弛介紹，研究人員下一步工作是提高輸出電量的能力，提高儲能效率和設備的可靠性，推進產業(yè)化和市場的應用。
除了大能源的供電需求，這項技術還可以面向生活，將人體的運動和周圍環(huán)境風吹草動的機械能進行收集和存儲，用于便攜式電子器件的供電。
現在已經有企業(yè)遞出了“橄欖枝”來支持這項技術的成果轉化。“從今年開始，我們已經有了產業(yè)化的立項，預計三年時間，摩擦納米發(fā)電機的相關產品能夠真正實現從實驗室邁向產業(yè)化。”王中林表示。
