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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，當中包含着動能及位能。他坦言，過往振動能一直都被忽略，但隨着能源危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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