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2009年12月21日 星期一
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中大創零污染 超長壽電池


http://paper.wenweipo.com   [2009-12-21]     我要評論
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 ■經過多年研究,廖維新(左)的科研團隊成功設計出高效換能器,讓集電效率提升5成,有望製成自給自足、零污染、長壽命的電池;圖右為梁俊睿。 本報記者彭子文 攝

本報記者 覃卓嘉

 現代社會環境污染、能源短缺日趨嚴重,人類迫切需要開發新的綠色能源。除太陽能、風力及水力等較多人知道的能源外,其實生活中還存在一種看不見的免費綠色能源——振動能。近年來,它成為世界各地科研團隊關注的焦點。中文大學機械與自動化工程學系教授廖維新,成功突破科學界在收集振動能方面的瓶頸,率先設計新型的高效「換能器」,大大提高將振動能轉換為電力的成效,可化身成自給自足、零污染,且壽命長千萬倍的電池。他因此而獲得國際權威的電機及電子工程師學會(IEEE)2009年度「最佳論文獎(自動化)」,或將帶來另一個綠色能源新時代。

 廖維新介紹指,振動能屬於環境能源(Ambient energy)中的一種,廣泛存在於日常生活的不同角落,如人做運動、車輛行駛、甚至是電器在使用的過程中均存在振動,當中包含�荌坒鄐峖麈遄C他坦言,過往振動能一直都被忽略,但隨�荅鈮膠M機及環境問題的迫近,加上微型電子零件的發展,科學界近年開始聚焦於有關能源的研究,更漸漸開創一片新天地。

 對環境能源來說,能量收集(Energy Harvesting)是當中最重要的第一步。廖維新解釋,振動能的收集利用了壓電效應(Piezoelectric Effect)的原理,透過特有的材料,當受擠壓時便能將當中的機械能轉換為電能。其設計的高效換能器(Energy Transducer)便採用特製的人工壓電陶瓷(Piezoelectric Ceramics),選取合適的大小及形狀,作能量收集之用。

舊技術供電效率低

 利用特有材料的壓電效應收集電力的理論,其實已存在多年,然而在實際層面,產生到的電力卻難以儲存,大部分都隨即流回壓電材料中,再變回機械能流失,往往「得電無所用」。廖維新指,近年外國曾發明的一些換能器,正正遇上有關問題,令供電效率低至難以接受的水平。

 因此,他的研究團隊就特別將換能器分為能量收集器和儲存電路板兩部分,再依據電流、電壓的流動特點和變化分析,創新地利用電子零件,成功製造一個可以鎖定電能流向的「電路控制門」,讓電力經過後便「有入無出」,儲於儲電器中,令換能器的儲電效能大大提升。

新轉換器收集電能高5成

 在實驗中,廖維新與其博士研究生梁俊睿成功以每秒30次(30Hz)的振動條件,讓其新式換能器收集到15個毫瓦(mW)的電量,較現有換能器的10個毫瓦高出達5成。他表示,當振動的功率越大,可收集到的電量就越多,「理論情況下,我們的換能器已可在一些特定環境中,收集到等同於小型電池的電能。」

電池壽命20年 用於低用電產品

 廖維新又指,廢棄電池是現時主要的環境污染物之一,由於換能器能全面自給自足,從環境的振動中收集永不耗盡的電力,其壽命可達逾20年,為電池的千萬倍,幾乎達到零污染的效果。目前該團隊正就對換能器做進一步改良,努力擴大其應用範疇,若可全面於低用電量電子產品及監察儀器採用,更可望開創出綠色能源的新時代。

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