9%转换效率突破：科学家用水和硅实现高效摩擦发电_能源资讯

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2025-10-27 08:32:13

【CNMO科技消息】一项由西班牙、意大利和德国科学家合作的研究发现，通过让水在纳米多孔硅块中进出，仅凭水与硅表面的摩擦即可产生电能。这一突破性技术利用摩擦起电效应，将机械能转化为电能，为可持续能源开发提供了新思路。

据CNMO了解，研究团队设计了一种称为"侵入-挤出摩擦电纳米发电机（IE-TENG）"的装置。当水滴被压入疏水性硅块的纳米级孔隙时，水与硅界面发生电荷分离；当水被挤出时，电荷重新分布，形成电流。通过纳米多孔结构，固体与液体之间的接触面积大幅增加，显著提高了发电效率。

实验表明，仅33微米厚的多孔硅层即可实现约20毫瓦/平方米的功率密度。更值得注意的是，该系统产生的电流可持续数分钟，远长于传统摩擦发电系统的毫秒级持续时间。当水中添加少量聚乙烯亚胺（PEI）聚合物时，能量转换效率可达9%，创下液体摩擦发电的新纪录。

计算机模拟显示，硅表面的缺陷在发电过程中起关键作用：这些缺陷在水侵入时捕获电子，在水挤出时释放电子，使硅材料如同一个微型电荷泵。由于采用p型掺杂硅，产生的电子可通过电极导出形成稳定电流。

该技术的优势在于其结构坚固性： monolithic硅块将固体材料和电极集成于单一组件中，减少了能量损失，即使在多次循环后仍能保持稳定的发电性能。

据分析，这种发电技术特别适用于本身存在运动、压力或湿度的环境，如自供电传感器、可穿戴设备和工业测量系统。研究结果已发表在《纳米能源》期刊（Elsevier，2025年），展示了除水流运动外，通过纯界面物理效应从水中获取电能的新途径。

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