新型机械能直流发电器件

AMlintong近年来,可再生无污染能源技术的研究受到了全球广泛重视。机械能,这种无时无刻不存在于我们生活当中的能源获得了广泛关注。科研工作者们已经利用各种原理(如电磁感应、压电、摩擦起电及静电等)实现了机械至电能的转换。然而,目前大多数机械能发电器件都只能生成交流电,需要额外附加整流设备来实现直流输出。这严重限制了器件的能量转换效率和器件的小型化。针对这一问题,澳大利亚迪肯大学(Deakin University)的博士生邵浩和方剑博士在林童教授的带领下与美国凯斯西储大学(Case Western Reserve University)的戴黎明教授合作,经过长期深入的研究,最终研制开发出了一种新型的直接能将机械能转换为直流电的发电器件。

 该团队用导电聚合物作为活性材料,通过与两个不同金属材料电极分别形成欧姆接触和肖特基接触,制备了具有层状结构的发电器件。该器件在外界压力作用下,可在两个电极之间产生0.7V的电势差,产生的电流输出高达218.6 µA/cm2。研究发现,直流电信号生成来自于三个作用原理:1)外界应力导致肖特基势垒的减小从而驱动电子单向移动;2)肖特基的整流作用; 3)应力作用下聚合物活性材料的电荷密度增加与内阻减小。他们发现只要满足这三个条件,即使使用不同的导电高分子材料和电极材料,也能实现类似的机械能至直流电转换。这对以后的直流发电器件的基础研究和开发具有重要意义。主要研究结果已发表在近期的Advanced Materials(DOI: 10.1002/adma.201504778)上。