暨南大學Nano Energy：基于電動理論的海洋波浪能捕獲

引言：

浩瀚的海洋蘊藏著豐富的海洋能資源，其中，波浪能是海洋能最主要的能源之一。開發利用以波浪能為代表的“藍色能源”是實現海島用電自保障的有效解決途徑之一。波浪能儲量巨大、資源分布廣泛，傳統的波浪能轉化器件基于電磁感應原理，依托大宗鋼鐵設備，存在制造成本高昂、采能頻率單一、運行維護困難等固有缺陷，很難實現大規模普及利用。因此，開發不受波浪隨機性、不穩定性影響，結構簡單，原料易得的新型波浪能捕獲技術，對于提高波浪能轉化效率、降低發電成本具有重要意義。

成果簡介：

近日，暨南大學新能源技術研究院唐群委教授（通訊作者）在Nano Energy雜志報道了以“Generators to harvest ocean wave energy through electrokinetic principle”為題的新型波浪能捕獲技術。該研究使用炭黑、石墨烯、水性聚氨酯為主要原料，制備了一種可在多種基體上附著的波浪能轉換薄膜器件。通過調節炭黑-石墨烯含量獲得最優配比的波浪能轉化器件并產生最大電壓11.14mV和最大電流3.00μA的脈沖電信號，另外作者探究了包括浪速、水溫、器件放置傾斜角在內的多種實際參數對器件電信號輸出的影響并做出了優化；這類薄膜型波浪能轉換器件不僅可在海水的長期沖刷下保持性能穩定，而且可以通過對器件的串并聯實現了電信號的成倍增加。

圖文簡介：

圖1：薄膜型波浪能轉化器件的結構及發電機理示意圖

（a, b）薄膜型波浪能轉化器件的示意圖；

（c, d, e）薄膜內部導電通道及不同階段電荷分布示意圖；

（f）薄膜表面水膜收縮示意圖。

圖2：不同炭黑-石墨烯含量的波浪能轉化器件的電信號輸出、滲率現象及歐姆電阻

（a, b）不同炭黑-石墨烯含量波浪能轉化器件的電壓、電流輸出；

（c）炭黑-石墨烯含量與器件電流、電壓輸出的關系圖；

（d）薄膜型波浪能轉換器件的電導率滲慮曲線。

圖3：波浪能轉換器件在不同條件下的電信號輸出

（a, b, c）器件在不同沖刷頻率下的電信號輸出；

（c, d, e）器件在不同水溫下的電信號輸出；

（g, h, i）器件在不同放置傾斜角下的電信號輸出。

圖4：器件串并聯及穩定性測試

（a）器件串并聯對電壓輸出的影響；

（b）器件串并聯對電流輸出的影響；

（c）單個器件在5小時內的電壓輸出；

（d）單個器件在5小時內的電流輸出。

小結：

研究人員利用電動理論制備的薄膜型海洋波浪能轉換器件實現了對各種頻率波浪能的直接轉化；通過對實驗參數的調整，獲得了最大電壓11.14mV和最大電流3.00μA的脈沖電信號，并探討了不同沖刷頻率、水溫和器件傾斜角對電信號的影響；通過多個器件的串并聯實現了電信號輸出的成倍增加，對器件在真實環境中的應用有重要意義。

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