近日,纳米能源所“高熵能源与系统研究中心”正式挂牌,标志着纳米能源所基于TENG(摩擦纳米发电)的微纳能源/纳米能源的名称,正式升级更名为“高熵能源”。所长、首席科学家王中林院士与党委书记、副所长吴剑锋共同揭牌,研究所班子成员、部分职工代表参加揭牌仪式。
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以本次挂牌为标志,纳米能源所对基于TENG的高熵能源的研究将迈进新的台阶,微纳能源/纳米能源、海洋蓝色能源及自驱动系统、微纳传感等本领域的研究分支都将纳入高熵能源与系统的概念体系之中。北京纳米能源与系统研究所成为专门研究高熵能源开发及其应用的科研机构。
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微纳能源\纳米能源是王中林首先提出来的科学概念,随着学科的发展和不断壮大扩展,整个学科可以用“高熵能源”来概括,以更加全面、科学、与时俱进地包纳基于TENG的能源方面的研究与产业化。这里的高熵能源,是指可通过TENG及其相关技术来高效回收和利用的,在环境中和自然界中分布广、密度低、处处有、时时有的能量。基于TENG的高熵能源(High-entropy energy based on TENG)最早于2020年由王中林院士提出,他把热力学第二定律的“熵”的概念与能源研究进行交叉融合,提出了基于TENG的高熵能源的概念,以区别于“低熵能源”(比如化石能源)。
[背景知识]什么是高熵能源
“熵”是热力学中表征物质状态的参量之一,其物理意义是体系混乱程度的度量。熵的概念应用于能源研究,可把能源分为“高熵能源”和“低熵能源”。我们目前常见的能源形式,比如石油、煤气、水电、太阳能、核能等,都是高密度、高质量的聚集性能源,称之为“低熵能源”;相对于低熵能源,洒落在我们环境中,分布广、量级大,但都是很难再利用的碎片化、低频化的能源,例如微风能、震动能、水波能等,则可称之为“高熵能源”。高熵能源是由能量守恒定律产生的必然结果,低熵能源往往经过燃烧、发电、输运和使用等环节,最后变为低品质的高熵能并耗散在自然界和环境当中。这也是因人类活动导致全球气候变暖的主要因素。
根据热力学熵增的原理,高熵能量的再利用比较困难,这也是传统电磁发电机的物理瓶颈。比如,对能量蕴含极大的海洋波浪能无法有效的收集和转换,对低风速的风能也无法收集和转换。高熵能量是摆在人类面前的一个巨大的能源富矿,但是我们却无法利用。如今,通过TENG技术的应用,可以高效收集高熵能量,并把高熵能量转化为可资为人类利用的高熵能源。