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显然,人们的创造力几乎没有限制,他们可以通过寻找独特和创新的方式来获得(几乎)不花一点钱就能获得的能源。在众多的选项中,有热梯度、温度波动、废热、撞击光、声波、风和振动,举几个更明显的例子。但如果你的衣服可以成为收获的来源呢?
一个小组在德克萨斯大学(达拉斯)纳米技术研究所他们与汉阳大学(Seoul, South Korea)的一个类似团队合作,正在研究用碳基纳米管制造的纤维来实现这一目标,他们称之为“扭曲”。当纳米管纤维被涂上或浸入如盐水等电解液时,就会产生超级电容器,然后通过纤维在超级电容器内的扭曲运动获得并存储电荷。
他们报告称,在30段/秒的拉伸过程中,其容量高达300 F/gm,动力收集能力高达250 kW/kg。然而,重要的是要记住,这种电容器的体积是巨大的,因为基于纳米管的纤维材料非常轻。
他们的研究发表在美国科学促进会(AAAS)上科学”,从碳纳米管纱线捻度中获取电能,解释了他们是如何制造这些管子并将它们用于示范项目的。UT纳米技术研究所的研究科学家、该研究的共同第一作者李娜博士说:“从根本上说,这些纱线就是超级电容器。在一个普通的电容器中,你使用能量——就像电池一样——来给电容器充电。但在我们的例子中,当你把碳纳米管纱线插入电解液中,电解液本身就会给纱线充电。不需要外部电池或电压。”
1.超级电容器是由碳纳米管纤维制成的扭曲纱线制成的,在拉伸和放松时,纤维的扭曲和放松产生电能,作为电能的来源和存储介质。(资料来源:德克萨斯大学)
这个过程从碳纳米管开始,碳纳米管是直径约10纳米的空心圆柱体。将多种纤维纺制成纱线,然后通过“超捻”使纱线变得非常有弹性,就像缠绕橡皮筋一样(图1).当收割机纱线由于运动而被扭曲时,它会减少碳纳米管纱线的体积。这使得纱线上的电荷靠得更近,并增加了与纱线中储存的电荷相关的能量,这些能量随后可以被提取出来。
通过将一根捻度纱线与一种人造肌肉聚合物(他们的另一个研究领域)连接起来,这种人造肌肉聚合物在加热和冷却时会收缩和膨胀,研究人员演示了这些纱线如何从运动中提取和存储电能。检查科学/ AAAS视频:
在实验室中,研究人员发现,一根几毫克重的捻度纱线可以为一个小LED供电,每当纱线被拉伸时,这个小LED就会发光(图2).
他们还把纱线缝进衬衫里,正常的呼吸会拉伸纱线并产生电信号;他们推测,甚至可能有一种自供电的呼吸传感器。在更大的范围内,海水可以被用作电解质,正如UT纳米技术研究所的共同第一作者Shi Hyeong Kim博士所证明的那样。
2.在一个基本的演示中,LED是通过捻线拉伸来供电的。(来源:ars技术)
金在气球和海床上的下沉器之间绑了一根10厘米、1毫克的纱线。每当海浪经过时,气球就会上升,将纱线拉伸至25%,并产生可测量的能量。当然,由于成本、可制造性、可靠性、物理磨损、能量密度、效率和其他因素的问题,许多创新的能量储存和收获项目在现实世界中并不成功。
不过,调查人员已经为这项技术申请了专利。在美国,这项研究由空军、空军科学研究办公室、NASA、海军研究办公室和罗伯特·韦尔奇基金会资助。在韩国,这项研究得到了韩美同盟的支持。国家研究基金和科技部空军合作计划和自主驱动创新研究中心。
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