納米發(fā)電機市場供需 2023納米發(fā)電機行業(yè)未來發(fā)展空間分析

• 劉明月 2023年8月23日 來源：中國科學報 667 39
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我國“十四五”國家重點研發(fā)計劃“納米前沿”重點專項中提出，開發(fā)用于收集水波能量的高性能納米發(fā)電機的新材料和新結(jié)構(gòu)，研制高輸出功率和高效率的水波能摩擦納米發(fā)電機網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建海上可移動自供電系統(tǒng)。

根據(jù)發(fā)電機行業(yè)發(fā)展前景數(shù)據(jù)，我國發(fā)電機生產(chǎn)企業(yè)有340余家，其中年生產(chǎn)能力在1000臺以下的企業(yè)占45%左右，1000-3000臺的企業(yè)占25%左右，3000-5000臺企業(yè)約占21%，10000臺以上的企業(yè)僅有幾家，約占9%。

根據(jù)對摩擦與壓電納米發(fā)電機分析可以看出，納米發(fā)電機可廣泛應(yīng)用在移動電子終端、可穿戴智能設(shè)備、植入性醫(yī)療器械(心臟起搏器等)、新能源(包括風能、水能、潮汐能等)、高精度傳感器等領(lǐng)域。

從發(fā)電機行業(yè)市場范圍看，隨著近些年國家環(huán)保政策不斷出臺，行業(yè)面臨著洗牌，大量的小企業(yè)因為環(huán)保要求不合格而退出，預(yù)計未來將會產(chǎn)能將會集中在幾家大型企業(yè)手中，發(fā)電機行業(yè)集中度不斷提升。

中研研究院出版的《2023-2028年國內(nèi)發(fā)電機行業(yè)發(fā)展趨勢及發(fā)展策略研究報告》顯示

納米發(fā)電機市場供需 2023納米發(fā)電機行業(yè)未來發(fā)展空間分析

納米發(fā)電機是世界上最小的發(fā)電機，可在納米尺度下將機械能轉(zhuǎn)化成電能。納米發(fā)電機主要包括壓電納米發(fā)電機、摩擦納米發(fā)電機、熱釋電納米發(fā)電機三類，前兩者將機械能轉(zhuǎn)化為電能，后者將熱能轉(zhuǎn)化為電能。壓電納米發(fā)電機是利用彎曲、壓縮具有壓電性能與半導體性能特殊納米材料產(chǎn)生電流的原理制造而成。壓電納米發(fā)電機更適用于有周期性運動的場景中，例如心跳、呼吸、風浪、海浪、潮汐等領(lǐng)域。

我國“十四五”國家重點研發(fā)計劃“納米前沿”重點專項中提出，開發(fā)用于收集水波能量的高性能納米發(fā)電機的新材料和新結(jié)構(gòu)，研制高輸出功率和高效率的水波能摩擦納米發(fā)電機網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建海上可移動自供電系統(tǒng)。

在新能源領(lǐng)域，納米發(fā)電機也具有重要研究意義。風力、水力、波浪、潮汐、溫差等是自然界中蘊藏豐富且清潔可再生的能源，利用納米發(fā)電機可將這些能源轉(zhuǎn)換為電能，可為人類提供源源不斷的電力資源，在“碳中和”背景下?lián)碛芯薮蟀l(fā)展?jié)摿Α?/p>

在電子領(lǐng)域，納米發(fā)電機可隨時隨地利用人類行走或智能設(shè)備運動所產(chǎn)生的動能，將其轉(zhuǎn)化為電能，為電子設(shè)備進行充電;在植入性醫(yī)療器械領(lǐng)域，納米發(fā)電機可利用心跳進行發(fā)電，實現(xiàn)心臟起搏器無需更換電池或者充電即可長時間待機。

新技術(shù)將摩擦納米發(fā)電機功率提升數(shù)十倍

當前，我國正努力實現(xiàn)經(jīng)濟社會高質(zhì)量發(fā)展和碳達峰碳中和目標。在此背景下，摩擦納米發(fā)電機作為一種可直接將環(huán)境中機械能轉(zhuǎn)化為電能的清潔發(fā)電方式而備受關(guān)注。其中，基于摩擦起電和空氣擊穿的直流摩擦納米發(fā)電機(DC-TENG)由于具有恒流輸出特性和較高的輸出功率密度，而成為全球?qū)W者關(guān)注的焦點。

近日，中國科學院北京納米能源與系統(tǒng)研究所研究員王杰團隊發(fā)現(xiàn)，DC-TENG存在多個放電區(qū)域(多域放電)，刷新了人們對這一領(lǐng)域的認識和理解?；谶@一發(fā)現(xiàn)，團隊提出綜合“木桶模型”，并利用該模型將單一器件的輸出功率提升數(shù)十倍。6月3日，相關(guān)研究在線發(fā)表于《自然-通訊》。

基于多域放電的新發(fā)現(xiàn)、新思想、新理論，研究團隊建立了綜合“木桶模型”。即，隨著摩擦電荷的增加，當介質(zhì)層表面電場強度達到空氣擊穿的閾值時，多個區(qū)域內(nèi)的微型閃電會被激發(fā)。且電荷參與不同區(qū)域內(nèi)的放電，對外電路中輸出能量的影響也有差異。例如，參與第一域放電的電荷可以在外電路中做功，而參與第二域和第三域放電的電荷則無法被有效利用。

研究人員通過抑制第二域和第三域的放電，增強第一域放電，進而使得發(fā)電機的輸出性能得到了大幅的提升。此外，為了使DC-TENG更具實用價值，研究團隊在外電路負載為10M～3G的超大阻抗范圍內(nèi)做了相關(guān)的分析和研究。實驗結(jié)果表明，這一方法在大阻抗范圍內(nèi)，可以使輸出功率得到幾十倍的增強。

該論文評審專家認為，多域放電特性的發(fā)現(xiàn)，不僅刷新了對直流摩擦納米發(fā)電機的認知，同時也對摩擦學、摩擦電學、以及其他靜電現(xiàn)象有著重要影響。

我國納米發(fā)電機研究成果

中科院上海微系統(tǒng)所與與香港城市大學、浙江大學、華東師范大學科學家合作，以具有優(yōu)良生物兼容性的蠶絲蛋白和高度透明的柔性ITO/PET材料作為摩擦材料，實現(xiàn)了TENG的批量化制造。

北京科技大學與中科院北京納米能源與系統(tǒng)研究所團隊合作，合成CsPbBr3納米晶均勻填充于PVDF纖維中的復(fù)合纖維，利用其構(gòu)建了平面型壓電納米發(fā)電機。

納米發(fā)電機行業(yè)報告對該行業(yè)的供需狀況、發(fā)展現(xiàn)狀、行業(yè)發(fā)展變化等進行了分析，重點分析了納米發(fā)電機行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀、如何面對行業(yè)的發(fā)展挑戰(zhàn)、納米發(fā)電機行業(yè)的發(fā)展建議、行業(yè)競爭力，以及行業(yè)的投資分析和趨勢預(yù)測等等。報告還綜合了行業(yè)的整體發(fā)展動態(tài)，對納米發(fā)電機行業(yè)在產(chǎn)品方面提供了參考建議和具體解決辦法。

更多納米發(fā)電機行業(yè)前景分析，請點擊中研研究院出版的《2023-2028年國內(nèi)發(fā)電機行業(yè)發(fā)展趨勢及發(fā)展策略研究報告》。

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