海洋是可再生能源發電的壹個有吸引力的目標。僅海浪每年就能產生32000太瓦時的自然能量。作為參考，全球每年使用約23，000 TWh的能源。此外，海洋中還有洋流、潮汐和熱能可供利用。盡管科學家們已經研究了幾十年，但仍然很難控制海洋的運動，因為波浪的運動模式是不可預測的。海水腐蝕金屬發電裝置，波浪的能量同時在三維空間(上下、前後、左右)分散。
在壹定程度上，正是因為這些挑戰，剛剛啟動的幾個大型海浪發電項目的發電量落後於預期。葡萄牙研究人員轉向了壹個更小、更易管理的項目:為導航浮標供電，浮標通常包括引導船只的燈和監控海洋狀況的傳感器。研究小組轉向了所謂的“摩擦電納米發電機”(TENGs)，這種發電機利用靜電將運動轉化為電流，原理與在毛衣上摩擦氣球產生電荷相同。每個滕的核心有兩個表面，面積只有幾平方厘米，可以很容易地帶正電或負電。在這兩個堆疊的表面上，研究人員放置了10個不銹鋼球，直徑約為12毫米，可以自由移動。當容器傾斜時，球會滾動並摩擦兩個表面。這就形成了靜電荷，靜電荷可以轉化為電能為電池提供動力。
葡萄牙波爾圖大學納米技術博士生卡蒂亞·羅德裏格斯(Katia Rodriguez)說:“我們開發了這些新設備，它們可以將節奏和機械能轉化為電能。”上周，她在美國物理研究所舉辦的在線會議上發表了關於她團隊的波浪能浮標的演講。“這些設備的成本非常低。他們實現了高功率密度和高效率，”羅德裏格斯說，並補充說，滕表現很好，即使海浪很小，很少。
ENGs可以從任何形式的運動中產生能量，但Rodriguez和她的合作者專註於測試各種TENGs原型，以優化它們對波浪運動特定條件的適應。在他們最近的測試中，她和她的同事想知道如何使產生的電保持壹致:將所有的球放在壹個圓形的淺碗結構中，或者為每個球創建壹個單獨的“泳道”，使其在地板上移動。
在波爾圖大學的水力學實驗室裏，研究小組測試了嵌入海洋浮標的八分之壹比例復制品中的TENGs的設計。他們將模型放在波浪池中，模擬了菲戈埃拉達沃斯附近港口最常見的五種波浪模式。
TENGs是佐治亞理工學院的壹名研究人員在2012年發明的。羅德裏格斯說，這項新研究標誌著它們首次在這樣的真實波浪條件下進行測試。最終項目證明，泳道TENGs設計產生的最大輸出功率為230微瓦，足以為醫療植入物等小型設備供電。與碗狀設計相比，它還可以在不同的波浪條件下更壹致地轉換能量。羅德裏格斯說，通過在金屬球下方的表面添加多個TENGs或納米粒子，可以提高金屬球的發電能力，從而增加材料積累電荷的能力。
沒有參與這項新工作的加州蒙特雷灣海洋研究所工程部主任安德魯·漢密爾頓(Andrew Hamilton)表示，TENGs可能為阻礙其他海洋能源技術的壹個關鍵問題提供了解決方案。海洋是壹個高強度、低速度的系統:它包含了大量的能量，但這種能量分布很廣。傳統旋轉發電機發電所需的能量往往超過壹小塊海洋提供的能量，其他開發波浪能浮標的嘗試也存在缺陷。蒙特雷灣自己的浮標項目利用水面和懸浮在幾十到幾百米以下的平臺之間的運動差異來發電。但是要在很深的地方工作，妳需要壹根很長的電纜，可以承受海浪和水下水流的破壞。2017年，印度的壹個導航浮標利用振蕩水柱系統為自己提供動力:波浪交替填充和清空壹個部分浸沒的船艙，加速空氣進出水柱，快速流動的空氣驅動渦輪發電。但是這種方法將產生潛在的有問題的噪聲，並且它僅使用波的垂直運動。
TENGs的小規模有助於它避免這兩個缺陷。羅德裏格斯說，緊湊是它的優勢之壹，這使得研究人員可以很容易地將TENGs與其他發電方法結合起來，如太陽能電池板或不同種類的波浪能收集器。基於他們波浪池實驗的成功，研究人員計劃修改他們的TENGs原型，並將其安裝在壹個全尺寸的浮標中。漢密爾頓指出，在公海上進行測試可能會遇到無法在波浪池中模擬的挑戰。他說:“妳設計的任何可以全年在海洋中使用的東西，都必須是為統計上每100年發生壹次的風暴而設計的。”他解釋說，這種極端天氣阻力通常會使設備變得更大，更難操作，隨著時間的推移更不耐用，因為增加的表面積為磨損提供了更多的機會。
羅德裏格斯並不氣餒。她說，她不僅在研究滕在海洋中的表現，還在研究其他“惡劣條件”下的表現，包括他們被放入地下水井並被縫進鞋墊。這些廣泛的應用是她希望未來能“隨處”看到TENGs的原因。