熱電能量收集的案例
基于comsol的能量收集器仿真研究 ￥50
案例描述：圓柱繞流是流體力學中一個重要的現象，可將圓柱繞流產生的卡門渦街現象應用到實際的工程中——能量收集器。本案例通過利用comsol研究卡門渦街產生的能量是如何轉換為結構的動能，在仿真中利用率comsol的流固耦合模塊和動網格功能。
幾何模型：
仿真結果：
操作步驟：
1.打開comsol mutiphysics，點擊model wizard→2d→fluid flow→fluid-structure interaction（fsi），點擊add→study，選擇preset studies→time dependent，點擊done。
基于comsol的能量收集器仿真研究 ￥50
案例描述：圓柱繞流是流體力學中一個重要的現象，可將圓柱繞流產生的卡門渦街現象應用到實際的工程中——能量收集器。本案例通過利用comsol研究卡門渦街產生的能量是如何轉換為結構的動能，在仿真中利用率comsol的流固耦合模塊和動網格功能。
幾何模型：
仿真結果：
操作步驟：
1.打開comsol mutiphysics，點擊model wizard→2d→fluid flow→fluid-structure interaction（fsi），點擊add→study，選擇preset studies→time dependent，點擊done。
基于comsol的能量收集器仿真研究 ￥50
案例描述：圓柱繞流是流體力學中一個重要的現象，可將圓柱繞流產生的卡門渦街現象應用到實際的工程中——能量收集器。本案例通過利用comsol研究卡門渦街產生的能量是如何轉換為結構的動能，在仿真中利用率comsol的流固耦合模塊和動網格功能。
幾何模型：
仿真結果：
操作步驟：
1.打開comsol mutiphysics，點擊model wizard→2d→fluid flow→fluid-structure interaction（fsi），點擊add→study，選擇preset studies→time dependent，點擊done。
北工大：柔性壓電能量收集器獲重要進展！
近日，北京工業大學材料學院、新型功能材料教育部重點實驗室侯育冬教授團隊，成功開發出一種具有優異發電特性和長時間服役穩定性的懸臂梁式柔性壓電能量收集器。相關研究成果發表于能源領域著名學術刊物Nano Energy（IF=13.14）上。
文章鏈接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285518305676
隨著各類小型電子設備以及物聯網的快速發展，迫切需要開發高性能、輕量化，可持續性強的能量供應器件。在目前各種形式的能量收集器中，柔性壓電能量收集器依托優異的力學性能，良好的環境適應性以及突出的能量收集性能有望集成于個人電子設備以及無線傳感器中，持續進行能量供應。如何基于填料設計與結構優化在提升柔性壓電能量收集器發電功率的同時，保持長時間的工作穩定性是本方向的研究難點。
最近，侯育冬教授團隊率先開發出一種具有優異服役特性的極性納米棒填料織構化柔性壓電復合材料。在能量收集材料設計理論指導下，以熔鹽化學合成的具有單軸強極性的BaTi2O5納米棒為填料，聚偏氟乙烯PVDF為基體，通過熱壓取向工藝將BaTi2O5納米棒定向排列于聚合物基體中，構建出具有高換能系數的織構化柔性BaTi2O5/PVDF壓電復合材料。
研究發現，以該材料制作的懸臂梁式柔性壓電能量收集器，在嚴苛的振動條件下（10g加速度）表現出高能量密度27.4 μW/cm3。更為重要的是，即使經過長時間的振動周期循環（~330,000），柔性壓電能量收集器仍能保持其發電特性而不劣化。
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廣西大學聶雙喜教授《Materials Today》：液體能量收集與利用
有效利用來自液體的能量將促進可再生能源領域的發展和創新，符合碳中和所提出的要求，也將有效促進造紙工業的高端化和綠色化發展。在眾多的液體能量收集的技術中，液-固摩擦納米發電機具有器件簡易、輸出高、材料選擇廣泛等優勢。為了進一步提升摩擦納米發電機的輸出性能，研究人員開發了許多先進方法。其中，化學功能化策略不僅在增加電荷密度方面具有很大優勢，而且拓寬了摩擦電材料的選擇范圍，進一步拓寬了液-固摩擦起電的應用領域。同時，從分子水平改變材料的摩擦電特性，這種改性是持久和穩定的。此外，化學功能化策略在弱化液-固摩擦起電方面也具備優勢，液-固摩擦起電的弱化可以有效減弱靜電效應帶來的危害。因此，系統地總結化學功能化策略在強化和弱化液-固摩擦起電過程中的建設性作用及其相關的應用是有必要的。
基于此，廣西大學聶雙喜教授課題組系統性地綜述了基于化學功能化策略調控液-固接觸起電的最新研究進展。介紹了化學功能化策略在提高液-固接觸起電性能的研究進展。同時，重點關注了化學功能化策略在弱化固體材料和液體材料起電性能的最新進展，并進一步闡述了弱化固-液摩擦起電在自供電化學傳感、物理傳感、靜電效應消除等方面應用的重要意義。最后討論了當前該領域內化學功能化在固體表面改性和液體分子修飾方面存在的問題及挑戰。
圖1 液-固接觸帶電研究中的典型例子和發展時間線。
圖2 液-固接觸起電未來的發展趨勢。
展開 《Adv Mater》：一種完全柔軟和可伸縮的電雙層能量收集器！
圖2.完全基于軟材料的能量收集器。A)展示其高度變形特性的裝置的照片。兩個包裹在聚丙烯酰胺水凝膠基質中的液態金屬電極產生兩個可變面積的EDLC。B)工作機制示意圖。拉伸增加了凝膠-金屬界面的面積，從而增加了電容，并驅動電荷在電路中運動。將電極釋放回其原始區域會使電荷返回到未變形的電極。C)平衡狀態下器件的電路表示(無電位梯度)。
圖3.EDLC能量收集器特性。A-D)輸出電流作為機械輸入的電極面積(A)、電解質濃度(B)、振幅(C)和頻率(D)的函數。E)裝置的電路模型，其中符號A表示短路電流的測量。F)試驗結果與模型結果的比較。模型數據符合線性方程，電流=0.0308×電極面積。G)水下軟EDLC能量收集器。
這項工作解決了傳統的可變面積靜電能量收集器的一些顯著缺陷。
展開 科學家掀起熱電研究熱潮
材料科學家洪敏副教授通過 2023 年澳大利亞研究理事會 (ARC) 未來獎學金計劃獲得了 100 萬美元的資助，用于開發新一代高性能熱電能量收集技術。洪副教授表示，熱電材料為減少化石燃料的使用和避免全球能源危機提供了一種有前景的解決方案。
熱電技術最重要的方面之一是它能夠從工業過程、發電廠和其他來源捕獲廢熱，否則這些廢熱將會損失。通過將廢熱轉化為電能，熱電系統可以提高整體能源效率并減少化石燃料消耗。
全球超過60%的一次能源消耗被浪費了。因此，迫切需要開發新的熱電材料來回收廢熱。雖然熱電技術具有許多優點——零排放、無移動部件、精確的溫度控制、較長的穩態運行周期以及能夠在惡劣的環境下運行——但它也存在一些問題。熱電材料通常昂貴且易碎，而其他挑戰包括轉換效率、熱交換和熱管理。
預計到 2030 年，熱電市場將達到 14.43 億美元。洪副教授的重點是尋找提高熱電材料性能的方法，以便可持續能源轉換技術充分發揮潛力。
熱電直接轉換的獨特功能導致其在各個行業的應用不斷增加，包括能量收集和廢熱回收、為便攜式和可穿戴設備供電、遠程患者監護和植入式傳感器、用于太空探索的持久電力和高效的固態冷卻。通過建立增強熱電性能的新策略、創建大規模生產合成以降低材料成本以及探索指導設備組裝的計算方法來使該技術更加實用、強大和經濟實惠。
ARC 的未來獎學金計劃向杰出的職業生涯中期研究人員提供為期四年的資金支持，以在國家和國際利益領域開展高質量的研究。
展開 王中林院士團隊：基于彈簧輔助多層結構的球形摩擦納米發電機高效水波能量收集
研究人員設計并制造了一種基于彈簧輔助多層結構的球形TENG，用于收集水波能量。在水波觸發下，TENG依靠Al電極和FEP薄膜之間的接觸和分離工作。研究了由函數發生器控制的水波頻率和幅度對單球TENG器件輸出性能的影響。并且通過調整多層結構中銅塊的質量和基本單元數量可以進一步優化性能。該研究成功制備了一種用于有效收集水波能的球形摩擦納米發電機，通過結構設計與優化，其輸出電流和輸出功率較以往工作均有較大幅度提高，顯示了納米發電機在大規模收集水波能中的潛在應用價值。
來源：高分子科學前沿
多倫多大學劉新宇教授團隊《iScience》綜述：類皮膚水凝膠及其在可穿戴傳感，軟體機器人以及能量收集等方面的應用
應用方面，文章主要介紹了目前離子水凝膠在可穿戴物理和化學傳感，軟體機器人柔性電極及可拉伸傳感，和柔性自發電能量收集等方面的進展。最后，作者討論了離子水凝膠存在的挑戰和機遇， 包括多模態傳感，新型加工制備方案，結合大數據和水凝膠離子計算的下一代智能，以及可拉伸的儲能設備。
圖1 人體皮膚示意圖及類皮膚水凝膠目前的進展和應用總結
圖2 雙網絡水凝膠的代表結構和他們的合成策略。
圖3 基于導電聚合物的水凝膠
圖4 新型導電凝膠
圖5 水凝膠粘貼
圖6 水凝膠生物機械傳感器
圖7 水凝膠溫度傳感器
圖8 水凝膠生物化學傳感器
圖9 水凝膠多模態傳感器
圖10 基于離子凝膠的軟體機器人
論文第一作者應斌斌博士曾在麥吉爾大學和多倫多大學聯合培養，目前正在麻省理工學院機械工程系從事博士后研究工作。研究方向為ingestible bioelectronics and biosensors。
多倫多大學劉新宇教授為本文通訊作者。多倫多大學劉新宇教授團隊長期致力于微納和軟體機器人學、柔性電子器件、微流控器件與系統等機理研究以及應用開發。該研究受到了加拿大自然科學和工程研究理事會和加拿大創新基金會的資助。
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