摩擦電是下一個小能量收獲源嗎？

互聯(lián)網(wǎng)之后的物聯(lián)網(wǎng)無疑預(yù)示著更大的發(fā)展機遇，眾多科技巨頭不謀而合紛紛布局物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域。有機構(gòu)預(yù)測，到2020年聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的總數(shù)將達到甚至超過500億，物聯(lián)網(wǎng)將把家庭中的很多設(shè)備囊括進來，其中小到智能恒溫器，可穿戴設(shè)備名大到智能電冰箱，蓄勢已久的物聯(lián)網(wǎng)爆發(fā)在即。下圖匯總了各家機構(gòu)和公司對物聯(lián)網(wǎng)市場規(guī)模的預(yù)測。
不過隨著聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的與日俱增，如何解決供電和節(jié)能問題是一個不可繞過的挑戰(zhàn)，如何使物聯(lián)網(wǎng)變得綠色環(huán)保成為越來越受關(guān)注的話題。

我們一直在尋找新的能源來收獲，為什么不呢？它通常是免費的（忽略前期成本）、方便，并解決了許多實際的安裝/更換問題。但在能量甚至可以到達收集電子設(shè)備和負載之前，有兩個前端問題需要解決：找到可用于收集的一致物理現(xiàn)象，以及有一個相當(dāng)有效和可靠的傳感器來實際捕獲其能量（例如壓電基于振動的組件，或用于氣流的葉片，或使用溫度梯度的潛水車）。

眾所周知的潛在來源（對不起那個雙關(guān)語）是太陽輻射，當(dāng)然還有溫差、聲音、振動、氣流和運動。還有一個真正無處不在但難以捕捉的可能來源：摩擦引起的靜電（它通常表現(xiàn)為 ESD——靜電放電——被認為是“壞事”）。但佐治亞理工學(xué)院最近的一些工作可能會改變這一點。

根據(jù)佐治亞理工學(xué)院的方案，包括那所學(xué)校在內(nèi)的一個團隊已經(jīng)開發(fā)出廉價、靈活的聚合物材料，這些材料非常擅長通過摩擦產(chǎn)生電荷，然后將其保持直到可以提取為電流。雖然靜電不是一個新的發(fā)展，但產(chǎn)生、保持和提取靜電是很棘手的。

這當(dāng)然很有趣，但是通過這種機制有多少可收獲的能量呢？這是分析變得有點棘手的地方。

該新聞稿引用了高達 300 W 的功率輸出，這非常重要。但是能量收集是關(guān)于捕獲端的能量，而它是關(guān)于負載端的電力輸送。您可以在隨機的“運球”中收集能量，但您必須將其用作功率（能量消耗的速率），因為任何實際負載都需要某個最低功率閾值才能運行。這個 300 W 的數(shù)字可能轉(zhuǎn)化為幾乎沒有意義的能量水平，并且可收集的能量水平越低，實際收集它的難度就越大，損失可以接受。

盡管如此，佐治亞理工學(xué)院的工作聽起來令人印象深刻且引人入勝。他們聲稱每立方米的體積功率密度超過 400 kW，效率超過 50%。很難說這如何轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實世界的應(yīng)用程序，但肯定值得關(guān)注。

研究人員還表示，他們的材料可用于通過與流動的水接觸來獲取能量。這無疑開辟了新的機會，因為有許多“隱藏”的流量來源，例如水槽和水龍頭，也許也可以利用它們。

幾年后回顧一下，看看這個來源的情況會很有趣。是否有足夠的能量可供必須有效提取能量的電子設(shè)備使用？換能器的材料和相關(guān)物理實施方式是否可靠且具有成本效益？它會成為大眾市場的來源，還是高度專業(yè)化的來源，例如使用熱電偶從熱源中提取能量的熱電發(fā)電機(TEG)？