21世纪是海洋的世纪，大量水下航行器、航标灯、浮标、潜标等海洋监测设备为海洋的运输、开发、管控与科学研究提供了实时、准确的信息，它们是推进海洋强国战略及建设智慧海洋的重要基础。目前的海洋监测设备主要依靠电池供电，但由于海洋环境复杂、电池容量有限，导致数量多、分布广的海洋监测设备面临巨大的供电问题。智慧海洋的建设需要更多“新时代能量”来为海洋中分布式的小型监测设备或传感器提供电能，其中，研究先进的海洋能采集技术是解决监测设备持续供电问题的重要途径之一。海洋动能采集装置(ocean kinetic energy harvester，OKEH)能通过收集海洋中的蓝色能量来为海洋传感器提供动力。近期，我实验室海洋可再生能源利用创新团队在该研究中取得了良好的进展。

图1.用于为分布式传感器供电的 OKE 采集器示意图

图2.目前海洋商用传感器能量需求

近日，创新团队首席科学家、中山大学海洋工程与技术学院马勇教授与大连海事大学徐敏义教授、北京中科院纳米能源研究所王中林院士、李舟研究员合作研究了近年海洋动能采集的四种蓝色能源装置——即电磁发电机（electromagnetic harvester，EMH）、电活性聚合物发电机（electroactive polymers harvester，EAH）、摩擦电纳米发电机（triboelectric nanogenerator，TENG）以及组合式发电机（hybrid harvester，HH）。通过进一步对比各式OKEH的工作原理、结构、发电性能、能量转换模式、材料以及应用领域，得出TENG是其中一种很好的收集低频、低振幅和随机方向波能量（高熵能量）的装置。该项研究也针对加强的OKEH输出高效的能量管理系统、集成能量收集与功率管理、能量存储以及传感器系统、海洋生物附着与海水腐蚀四个方面对未来设计OKEH的方向进行了分析与展望。该综述表明，OKEH在海洋动能采集领域具有广阔的发展前景，TENG与HH则是收集海洋中无序、高熵能量的良好选择。小规模能量采集、海洋监测、海洋资源开发、自供电传感器等领域的进步，可以将海洋安全和生态资源利用提升到前所未有的水平。

图3.OKE特征及资源区分布示意图

图4.流-机-电转换及各种OKEH的特点

研究成果于2021年6月在Elsevier旗下期刊Nano energy（中科院1区SCI，影响因子16.602）发表，题目为“Recent progress in blue energy harvesting for powering distributed sensors in ocean”。创新团队首席科学家马勇教授指导的博士研究生赵天聪为文章第一作者；王中林院士、李舟研究员以及徐敏义教授为文章的共同通讯作者。

该研究得到了国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费专项基金、北京市自然科学基金、国家青年人才支持计划及我实验室创新团队建设科研经费等的支持。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.106199