西南交通大學Nano Energy: 納米發電機自供電技術在交通領域的研究進展

【前言】

在人類歷史上，交通使人類認識世界，促進文化交流，為人類文明發揮著不可或缺的作用。而得益于交通的發展，人類在實際道路與文明道路上都可以走得更遠。在現代生活中，尤其是在城市交通網絡，智能交通系統(ITS)的出現為了人類的安全和方便提供了更好的保障。傳感器作為智能交通系統的基礎，廣泛用于信號采集。而在整個系統中，只有傳感器工作，大數據以及后續處理才能對運輸調度起作用，才可以稱之為智能化。由于微電子技術的發展，小的傳感器具有更低的能源消耗。但是用于傳感器的電源(如電池)儲存的電能仍然是有限的。并且頻繁地替換或重新為電池充電對于數量巨大的分布式傳感器是一個巨大的工程。與此同時，廢舊電池還會給環境帶來很大的影響。而另一方面，傳統的電纜電源由于傳感器數量的增加，出現了越來越復雜的布線問題。在這方面，自供電技術便顯得尤為重要。幸運的是，納米發電機不僅可以在交通載體運行過程中獲取環境能量，為其任意分布的多個傳感器供電，還可以作為主動式傳感器，實現對智能交通系統的自供電無線監控。

【成果簡介】

近日，西南交通大學楊維清課題組在Nano Energy上發表了題為“Nanogenerator as new energy technology for self-powered intelligent transportation system”的綜述，系統地總結了壓電納米發電機（PENG）和摩擦電納米發電機（TENG）作為自供電技術在陸地、水上和空中的交通領域的研究進展。該綜述分別以汽車、火車、船舶、飛機等交通載具以及橋梁、隧道、公路、軌道等交通道路兩大方面對智能交通系統中自供電技術的發展前景和面臨的挑戰進行了討論與總結。

【圖文導讀】

圖1 納米發電機作為自供電技術在智能交通系統領域的主要發展情況。

圖2 納米發電機在汽車領域的應用。

圖3 能量收集技術在列車方面的應用。

圖4 納米發電機作為能量收集技術在自行車上的應用。

圖5 摩擦納米發電機作為能量收集技術與防腐技術在水中船舶的應用及潛在價值。

圖6 能量收集技術在熱氣球與無人機的應用。

圖7 基于納米發電機的自供能橋梁檢測系統。

圖8 納米發單機作為傳感器與能量收集技術在隧道中的應用與潛在價值。

圖9 納米發電機作為傳感器與能量收集技術在公路上的應用。

圖10 利用壓電與摩擦電兩種不同的方式收集列車軌道的振動能。

圖11 摩擦納米發電機的不同結構設計用于水波能量收集和傳感。

本文由西南交通大學楊維清課題組供稿。

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