品牌普赛斯仪表 | 有效期至长期有效 | 最后更新2024-06-21 14:55 |
尺寸425*255*106mm | 测试范围0~300V/0~1A | 工作环境25±10℃ |
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国产源表之纳米水伏发电材料研究
1. 项目背景
随着 能源需求日益增长同时对环境保护的重视,传统化学能发电已逐渐不适应当代社会的复杂要求。同时能源的需求和应用*域也越发多样化,基于这些现实需求,云南某大学的张博士为解决这些问题,他以新材料为切入点,重点关注新材料的发电研究:基于纳米材料的水伏发电及其发电性能。希望以此为突破点,推动新能源发展以及促进能源多样化供应。
2. 项目痛难点
(1) 研究纳米材料种类多样
(2) 多种纳米材料需要在同 测试条件下进行发电性能比对
(3) 确定纳米材料发电功率及 佳发电条件
二、纳米材料发电及纳米材料水伏发电
1. 纳米材料发电种类
纳米技术经历了几十年的发展,现在已经走入人们的日常生活中,各种纳米材料目前在 范围 内得到了广泛的应用。纳米器件拥有尺寸小、功耗低、反应灵敏等特点,但纳米器件的运行必须 有电池和集成电路的支持,目前无法达到 对意义上的 小化。为解决这 问题,院士王中林教 授2006年 次提出纳米发电机的理念,使纳米发电机的研究成为微型能源研究*域的热点, 进而开辟了纳米材料发电这 新兴的学科*域。纳米材料发电目前有几种技术路线:
(1) 纳米压电发电
纳米压电电子学原理是利用原子力显微镜探针,压迫氧化锌纳 米线产生弯曲,使锌离子和氧离子产生了电势能并形成电流。 在此基础上,选用兼具压电效应和半导体效应的氧化锌,利用 纳米线、纳米薄膜等材料的结构特性,成功发明了纳米发电 机,实现了将周围环境中的机械能转化成电能的目标。另外, 利用超声波等其他方式,也可为纳米压电材料提供机械能。
(2) 纳米热释电发电
利热释电(Pyroelectric)纳米发电机是 种能量收集装置,它能 够利用纳米结构的热释电材料把外界的热能转换成电能。通 常,热能的收集主要依靠器件两端的温差驱动载流子扩散的塞 贝克效应。
(3) 纳米静电摩擦发电
利用日常生活中摩擦起电这种静电现象,可产生足够的能量。而采用纳米技术来制造特定材质的两种摩擦表面,还可以使摩擦有效面积扩大,从而提供更强的摩擦并转换出比压电效应更为可观的电能。
(4) 纳米水伏发电
通过纳米结构与水的流动、波动、滴落和蒸发直接相互作用来发电的能量转换效应,被称为水伏效应(hydrovoltaic effect),也称纳米水伏发电,这种效应为解决柔性传感系统的能源可持续供给提供了新思路。
2. 纳米材料水伏发电
地球表面70%以上都被天然水体覆盖,是含量 丰富的资源之 。无论地理位置或环境条件如何改变,天然水都可以通过吸收热能而自发地流动和蒸发。通过纳米结构与水的流动、波动、滴落和蒸发直接相互作用来发电的能量转换效应,被称为水伏效应(hydrovoltaic effect),这种效应为解决柔性传感系统的能源可持续供给提供了新思路。然而,如何在变形条件下实现稳定发电和高输出功率,并实现轻量化、柔性化可穿戴传感微系统依然面临很多挑战。以上为水伏发电的几个技术路径:
(1) 水滴注入电荷纳米发电
(2) 水流机械通过纳米材料
(3) 水汽蒸腾纳米发电
三、方案说明
1. 测试要求
(1) 实时测试多种纳米材料在同 水条件下的发电情况
(2) 不同纳米材料的发电条件不同,并需要数据记录
(3) IV曲线扫描
2. 测试方案结构
方案 、单通道纳米水伏发电测试
![多通道纳米水伏发电](http://www.51af.com.cn/skin/m03skinBlue/image/lazy.gif)
![多通道纳米水伏发电](http://www.51af.com.cn/skin/m03skinBlue/image/lazy.gif)
![多通道纳米水伏发电](http://www.51af.com.cn/skin/m03skinBlue/image/lazy.gif)
方案二、多通道水伏发电纳米材料分选
3. 测试原理及指标
蒸腾驱动发电机:在含有炭黑涂层的不对称湿棉布上,由毛细流动的水驱动进行发电,可产生 大电压0.53 V, 大电流3.91μA, 大能量密度1.14 mWh cm−3。由多个蒸腾驱动发电机组 装产 生的能量,足以点亮 个20 mA×2.2 V的发光二 管,或为 个1 F容量的超 电容器充电。
上图为不同液体对蒸腾纳米驱动发电机的影响;
(A) 各种类型和 性的液体对蒸腾纳米发电机的VOC的影响
(B) 不同阳离子大小的盐溶液在不同条件下对TEPG的VOC的影响,
(C) 不同pH值的盐酸溶液下,测试出VOC的值,
(D) 湿碳与干碳电位差及电流流向示意图,
(E) 湿/干界面拟流行为和电流产生的机理示意图,
(F) 蒸腾纳米发电机的蒸发和吸附示意图
4. 扫描及图示
![扫描及图示](http://www.51af.com.cn/skin/m03skinBlue/image/lazy.gif)
(A) TEPG运行示意图
(B) (B)测量TEPG的VOC、ISC和电阻分布
(C) (D) (E) (F)为不同情况下,测量VOC的分布情况
5. 选型依据
以量程及 小测量精度为标准,同时支持等效电阻测试。
四、常见技术问题汇总FQA
1. 检测时是否必须要用四线制接线法?
没必要。在测试纳米发电通常为uA 电流时,导线压降对测试结果影响有限,因此不需要用开尔文四线检测。
2. 做纳米材料研究,如何确保测试的准确度?
在做纳米材料研究时,大多面对的是uA、nA甚至是pA 电流,为有效减小线缆漏电流对测试 的影响,可采用三同轴线缆进行连接。三同轴线缆内层与中间层线缆压降 小,漏电流 小;中 间层与外层线缆间压降大,漏电流大,对测试结果无影响。
3. 在纳米发电材料研究时,普赛斯多通道源表的优势在哪里?
支持≤40通道同步实时测试;支付四象限模式可有效应对发电测试;支持恒流源或恒压源自定义线性输出模式切换;电阻值量程动态自动变更;具有定时扫描及连续测试功能;测试频率依NPLC数值可调;;支持测试数据导出;支持以太网、RS-232、GPIB快速连接通讯。