专业定制医疗锂电池
18年专注锂电池定制
机器人电池定制
低温锂电池

简述电池的微型发动机

钜大LARGE  |  点击量:352次  |  2018年11月26日  

摘要
英国伯明翰大学宣布,该校制造和机械工程学院讲师、华裔科学家姜开春博士领导的研究小组,开发出一种只有几毫米大小的微型发动机。别看这种小到可以放在指甲盖上的发动机样子不起眼,但提供的能量却是普通电池的300倍。

英国伯明翰大学宣布,该校制造和机械工程学院讲师、华裔科学家姜开春博士领导的研究小组,开发出一种只有几毫米大小的微型发动机。别看这种小到可以放在指甲盖上的发动机样子不起眼,但提供的能量却是普通电池的300倍。

为了解这一研究成果的有关情况,记者采访了姜开春博士。

谈到自己的研究成果,姜开春表现出极大的兴趣。他说,当初他们设计这种发动机的主要目的就是为了替代传统的电池。自电池发明以来,虽然在电子设备小型化和便携化方面发挥了重要作用,但由于电池的蓄电量有限,为了使电子设备持续工作,必须经常更换或充电,在能量供应的持久性和连续性方面受到一定限制,而汽油等碳水化合物燃料在这方面则表现出明显的优势。在开发该发动机前,他们曾专门对不同类型的电池与燃油进行了比较,结果发现,在重量相同的情况下,汽油、氢等碳水化合物燃料提供的能量,平均为电池的300倍。这意味着,同是补充一次能源,使用微型发动机驱动的装置,要比电池驱动的装置工作时间长得多。

电池的微型发动机

另外,据计算,制造一个电池所消耗的能量,要比电池本身所提供的能量大2000倍,如果再考虑到处理废旧电池所消耗的能量,那么电池的使用成本就更高了。相比之下,微型发动机则简单得多,只要给它补充一次燃料,它就能连续不断地工作几个月甚至一两年。不仅免去了经常换电池或为电池充电的麻烦,而且装置本身也可以做得更加小巧轻便。

谈到发动机的设计制造,姜开春表示,微型发动机的制造与传统发动机有很大不同。传统发动机通常是在充满噪音的厂房中生产出来的,而微型发动机却是在大学等研究机构的无尘室中制作完成的。他们现在开发的微型发动机属于一种内燃机,这种发动机与美国科学家开发的微型涡轮发动机有所不同,内部温度要高许多。为了承受发动机运转时产生的高达1000摄氏度的高温,他们在制造材料上选用了氧化铝和碳化硅。这两种材料都可以耐1500摄氏度以上的高温,这就为发动机安全运转提供了保证。

由于微型发动机体积小巧,有些内部构件只有几微米,因此在制作工艺上,他们采用了与生产大规模集成电路相似的技术。所不同的是,大规模集成电路要求元件做得越小越好,而用同样的工艺生产发动机,则需要尽量将配件做大。因为燃料在发动机内燃烧需要有一定的空间,空间太小燃料将无法点燃,这就要求发动机构件要保持一定的尺寸。为了实现这一点,他们采用了许多的新技术。其中最具特色的是他们独创的“大厚层光胶处理”技术。利用这项技术,现在它们加工的材料厚度已达到1毫米左右,这在世界上也是很先进的。为适应不同设备的需要,科学家还可以对这种发动机的输出功率进行调整。采用的方法不是生产大小不同的发动机,而是将几个同样规格的发动机连接起来输出不同的能量。比如,为手机提供能量可能一个发动机就够了,为笔记本电脑提供能量则需要将数个发动机连起来共同工作才行。

微型发动机的应用范围十分广泛,除了可取代手机和便携式电脑的电池外,在军事、医学和工程制造等领域也有广泛用途。比如,随着便携式电子设备的增多,本应轻装上阵的士兵现在却不得不携带30多公斤的背包在前方作战,其中至少有1/8的负载是专为电子设备提供能源的电池。一些用于侦察和联络的微型飞机和微型机器人也因为要携带笨重的电池而使其作用大受影响。如果将这些笨重的电池换为微型发动机,它们的工作效率将会大为改观。在医学领域,这种发动机也有广阔的用武之地。科学家可以将它们安装在糖尿病和心脏病患者使用的医疗设备上,利用它们提供的持久动力,定时为糖尿病患者体内输送胰岛素或为心脏病人的起搏器提供能量。此外,在制药、化学品制造和微型机械构件加工等领域,这种发动机也有很大的应用潜力。

因此,姜开春对这种发动机的发展前景十分乐观。他认为,这项研究成果很可能先在移动电话行业使用。随着发动机性能的不断完善,6年以后,手提电脑和移动电话中的电池将逐步为微型发动机所取代,这将对便携式设备的能源供应方式产生深远影响。

点击阅读更多 v
立即咨询
钜大精选

钜大核心技术能力