Adv.,Energy,Sustainability,Res.丨自行車摩擦發電,收集自行車刹車動能的雙模旋轉摩擦電納米發電機

廣西大學機械工程學院的HanZhou等科研人員研究了一種安裝在自行車制動器上的雙模旋轉式摩擦電動納米發電機,用於收集騎行和制動時的動能。在汽車動能採集方面以及智慧交通領域均具有潜在的應用前景。摩擦起電現象的發現可以追溯到西元前600年。但是,直到2012年摩擦電動納米發電機的發明,這種電力才得以利用。

廣西大學機械工程學院的Han Zhou等科研人員研究了一種安裝在自行車制動器上的雙模旋轉式摩擦電動納米發電機(DMR-TENG),用於收集騎行和制動時的動能。在汽車動能採集方面以及智慧交通領域均具有潜在的應用前景。

電力是第二次工業革命期間興起的最重要的科技之一。近年來,隨著物聯網的發展,大型集中式發電廠可能無法滿足分佈式電子設備的所有需求。囙此,從工作環境中收集機械能,是為智慧交通中的眾多分佈式感測器和電子設備供電的理想解決方案。摩擦起電現象的發現可以追溯到西元前600年。

圖源:Unsplash

但是,直到2012年摩擦電動納米發電機(TENG)的發明,這種電力才得以利用。具有適當功率管理策略的TENG在從環境中收集低頻和微振幅機械方面具有無可比擬的優勢,原因在於它的柔性結構和固有的電力特性。過去幾年,從制動器中收集動能的研究激發了研究人員將TENG作為收集方法的嘗試。因為再生制動系統是一種能有效收集和利用汽車多餘動能的電動汽車制動科技。而摩擦電納米發電機(TENG)作為一種基於接觸帶電的新型能源科技,適用於收集制動系統中的耗散動能。

圖1:雙模旋轉式TENG的3維示意圖

在這項研究中,研究人員研發了一種雙模旋轉式TENG(DMR-TENG),它安裝在自行車盤式制動器上,用於在騎行模式和制動模式下收集動能。研究人員首先分析了DMR-TENG的發電機理,然後通過模擬和實驗研究了不同結構和運動學參數的特性。

圖2:雙模旋轉式TENG組裝進自行車制動系統

此外,通過控制DMR-TENG的兩個摩擦電層之間的距離,為兩種模式切換設計了一種聯動機构。結果表明,在騎行和制動時,DMR-TENG可以同時亮起156個串列LED。此外,它可以為300μF電容器充電,並用作驅動速度計的電源,該速度計可以實时量測自行車的速度。這項工作在車輛動能收集方面顯示出可觀的前景,並可能在智慧交通中具有潜在的應用。

參考文獻

Zhou,H.,Liu,G.,Gao,Y.,Wang,Z.,Qin,Y.,Wang,Y.,Lin,Y.,Xie,Y.,Chen,Y. and Zhang,C.(2021),Dual Mode Rotary Triboelectric Nanogenerator for Collecting Kinetic Energy from Bicycle Brake.Adv. Energy Sustainability Res. 2000113.https://doi.org/10.1002/aesr.202000113[Physical Sciences]

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