美國發(fā)明微型發(fā)電機 可利用震動產(chǎn)生電能

    據(jù)每日科學(xué)網(wǎng)站報道，美國密歇根大學(xué)的科學(xué)家們近日開發(fā)出一種微型發(fā)電機，可以通過車輛移動、工廠作業(yè)和人類運動等產(chǎn)生的隨機振動產(chǎn)生出足夠的電能，可為手表、心臟起搏器和無線傳感器等設(shè)備提供能量。據(jù)悉，這種名為參數(shù)頻率增加發(fā)電機（PFIGs）的新設(shè)備是由美國密歇根大學(xué)電氣和計算機工程系主任哈利勒·納杰菲（KhalilNajafi）和電氣和計算機工程系博士研究生特左諾·噶爾謝夫（TzenoGalchev）開發(fā)的。

    納杰菲表示：“目前大多數(shù)類似設(shè)備，其發(fā)電能力在很大程度上都會受限，因為它們是依靠有規(guī)律的和可知的能源來發(fā)電，而每天圍繞在我們周圍的絕大多數(shù)環(huán)境動能并不是周期性重復(fù)發(fā)生的。例如，繁忙街道上的交通、橋梁、隧道以及人們上下樓梯的能量引起的振動都是非周期的，并且是以低頻率的方式發(fā)生。而我們研制的微型發(fā)電機在這些環(huán)境中會更加有效。”

    據(jù)悉，研究者已經(jīng)建立了三個原型，第四個原型即將出爐。其中的兩個發(fā)電機原型是通過電磁感應(yīng)來完成能量轉(zhuǎn)換的，電磁感應(yīng)是通過將線圈放置在一個變化的磁場中產(chǎn)生的，這個過程和大型發(fā)電廠的大型發(fā)電機類似。微型發(fā)電機體積只有一立方厘米。這臺較新穎和較小巧的設(shè)備采用壓電材料制作而成，當(dāng)壓電材料受到壓力時，會產(chǎn)生電荷。這種特性已經(jīng)用在基礎(chǔ)設(shè)施的安全監(jiān)控上。這種發(fā)電機在將來可以用來為大橋感應(yīng)器供電，大橋感應(yīng)器在人類的眼睛可以發(fā)現(xiàn)問題前，可以用來對裂縫和侵蝕問題提出警告。

    研究者稱，利用人類身體的獨特振幅，這臺微型發(fā)電機就可以產(chǎn)生0.5毫瓦的電能（500微瓦），這些能量足夠用來驅(qū)動手表，手表驅(qū)動只需要1到10微瓦之間的能量。這些能量還可以驅(qū)動心臟起搏器，它需要10到50微瓦的能量。研究者希望微型發(fā)電機得到廣泛運用。噶爾謝夫說：“這種發(fā)電機較終的目標(biāo)是能夠運用在各個方面，例如遠程無線傳感器和移植手術(shù)式醫(yī)療設(shè)備。這種發(fā)電機具有很長的使用壽命，可以用在更換耗盡的電池非常昂貴的地方，以及用在更糟糕的地方，那就是必須通過連線來為傳感器提供電能。”

    納杰菲認(rèn)為，電池在為當(dāng)今制造的越來越多的無線傳感器陣列供電時，通常是非常低效的。能源收集（Energyscavenging）可以提供一個更好的選擇。“現(xiàn)在需要回答一個根本的問題，就是如何利用這種發(fā)電機來為無線電子設(shè)備供電。因為無線設(shè)備無處不在，同時還非常有效。目前有大量的能量圍繞在這些設(shè)備周圍，它們以振動能、熱能、太陽能和風(fēng)能的形式存在。”而這些微型發(fā)電機可以為安置在建筑物上的無線傳感器提供能量，使其更加節(jié)能，或者為大型公共場所監(jiān)測毒素或污染物的無線傳感器提供能量。

    據(jù)報道，此項研究由美國國家科學(xué)基金會、森地亞國家實驗室以及國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所提供資助。美國密歇根大學(xué)正在尋求專利保護以保護這種微型發(fā)電機技術(shù)的知識產(chǎn)權(quán)。噶爾謝夫和其他合作者正努力通過他們的公司Enertia來將此技術(shù)商業(yè)化。

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