中国科学院王中林团队最早成功研制出直流摩擦纳米发电机

2014年3月消息，中国科学院与北京市2012年联合共建的新研究单元——中科院北京纳米能源与系统研究所（中科院纳米能源所）最近研制成功旋转式直流摩擦纳米发电机，用于对旋转机械能的有效收集，首次实现了恒定电流的输出。

旋转式直流摩擦纳米发电机可以作为恒定的电流源，直接连续地用于对电子器件供电或给储能元件充电，对于收集旋转机械能和驱动在恒流下工作的电子器件等方面将具有广泛应用。这一重要成果由中科院纳米能源所筹建组组长、首席科学家王中林院士领导的研究小组完成，相关论文于已在线发表于最新一期《先进能源材料》。

据了解，摩擦纳米发电机的原理基于摩擦起电和静电感应现象，在周期性的机械能输入下，其直接输出为交流电，需要外接整流桥后才能给电子器件供电。

中科院纳米能源所王中林研究团队对已有的转盘式摩擦纳米发电机结构进行改进，从而得到连续输出的直流电。直流电的大小与圆周运动的转速以及摩擦面的摩擦单元个数成正比，两个具有4组摩擦单元的转盘在750转/分的速度下，输出的电流密度为每平方米2.5毫安。

3月上旬，中科院纳米能源所和美国佐治亚理工学院共同参与的科研团队在王中林院士带领下，设计和制作出大功率的二维平面摩擦发电机，并成功展示出其通过收集环境中的机械能来实时驱动常规电子产品的能力。

作为直接供电源，该高性能摩擦发电机能够为日常用球形灯泡等电器提供连续的电力。此外，通过将发电机和电力管理电路结合，科研人员还进一步开发出一套完整的小型供电系统。

该系统具有降阻抗、整流、储能和稳压等功能，能够提供恒压稳定的直流输出，从而为包括手机在内的多种常用电子产品提供实时电力或直接充电。

和传统的电磁发电机相比，王中林团队研发的摩擦发电机具有诸多优势：一是摩擦发电机由薄膜高分子材料和薄膜电极材料制成，具有极轻的重量和极小的体积，特别适合于为便携式/穿戴式电子设备或无线传感阵列等小型电器提供电能；二是摩擦发电机的制作材料均为大规模工业化原料，其结构简单，制作成型简便，制作成本大大低于其他发电技术，为其广泛应用提供极为有利的条件；三是摩擦发电机具有大规模收集和转化自然界中机械能的潜力，有望成为绿色能源供给的全新途径。

同行专家评价称，这种摩擦发电机通过结构的精巧设计而同时具有输出高、尺寸小和成本低等优势，为日常生活中利用机械能实现电子设备自供电提供了一种切实可行的方法。对于没有电网覆盖的区域，将有望通过人的日常活动而获取足以点亮电灯、给手机供电的能源。

纳米材料科学家王中林1982年毕业于西北电讯工程学院（现名西安电子科技大学）﹐并于同一年考取中美联合招收的物理研究生（CUSPEA）。1987 年获亚利桑那州立大学物理学博士，从师于国际电子显微学权威 John Cowley 教授。

王博士现是佐治亚理工学院终身校董事讲席教授、Hightower终身讲席教授、工学院杰出讲席教授和纳米结构表征中心主任。他是中国科学院北京纳米能源与系统研究所所长、首席科学家。也是中科院外籍院士和欧洲科学院院士。

王博士荣获2013年度中国国际科技合作奖。

他领导的科研团队2006年首次发明纳米发电机，2007年成功研发出由超声波驱动的可独立工作的直流纳米发电机，2008年研发出可以利用衣料来实现发电的“发电衣”原型发电机，2012年加盟中科院纳米能源所后，成功研发出用有机材料制作的透明摩擦发电机。