200年前的技术构想，可能带来21世纪的能源革命？

（文/周盛明 编辑/高莘）

早在200多年前的18世纪中叶，美国著名的政治家、外交家、科学家、发明家本杰明·富兰克林（Benjamin Franklin）基于静电现象中正负电荷之间的作用力提出了“静电电机”的假设。

本杰明·富兰克林设计的静电电机复制品 美国国家历史博物馆

1749年，富兰克林首次向公众展示了静电电机的原型。受到材料科学和相关技术的限制，静电电机一直停留在实验室中。但随着科技的进步，这项200多年前的技术构想，正在带来颠覆能源效率的可能性。

无需稀土，效率较电磁电机提升80%

从风扇、空调到新能源汽车，甚至是一块小小的石英表，电机在我们的生活中无处不在。目前几乎所有的电器中使用的都是电磁电机：依靠电流在铜线圈中流动产生磁场，通过电磁作用驱动旋转。

作为对比，静电电机则通过正负电荷的吸引和由此产生的运动，不需要电流的流动，它依赖于静电场的变化来产生旋转。

由于静电电动机不需要使用磁性材料，所以不需要传统电磁电机中的稀土元素。此外，静电电机所需铜量约为传统电动机的5%。

此外，由于静电电机避免了电流因为导线内阻带来的损耗，所以效率较电磁电机提升80%以上。

《华尔街日报》近日刊文称，静电电机不仅可以在机器人领域提升其控制精度，它们还可以提高空调系统、工厂、物流中心和数据中心的效率。此外，静电电机还可以作为发电机使用，提升可再生能源的获得效率。文章中还指出，该技术甚至可以作为微型无人机的动力来源。

从实验室走向工业运用

由于静音电机在一些指标上具有优势，这项技术正逐渐从实验室中走向工业领域。

位于美国威斯康星州的科技公司C-Motive Technologies正在致力于复兴富兰克林提出的构想，开发可用于工业界的大型静电电机。

相关资料显示，C-Motive Technologies目前制造的原型机器能够提供高达18N·m的扭矩和360W的功率，他们声称这些指标是同类产品中的最高水平。

C-Motive的静电电机外观 C-Motive Technologies

C-Motive Technologies正在与一些公司合作，将该静电电机推向实际运用。据悉，联邦快递（FedEx）和罗克韦尔自动化（Rockwell Automation）正在测试它们的产品。

《华尔街日报》援引罗克韦尔自动化高级技术总监凯尔·克鲁姆（Kyle Crum）的话表示：“相比较于静电电机，电磁电机相关技术都是在相同的物理原理上发生变化，而静电电机是彻底的变革。我很少轻易使用‘变革性技术’这个词，但这次可能是真的，它可能会改变游戏规则。”

C-Motive的静电电机及其内部转子/定子板的放大图 C-Motive Technologies

联邦快递的技术人员马克·克劳利（Mark Crowley）则表示，他们正在德克萨斯州沃斯堡附近的一个中心测试这些静电电机。

中国也在该领域取得了瞩目的成果。据悉，北京航空航天大学科研团队利用自主开发的新型静电电机，成功研制出仅重4.21克的太阳能动力微型无人机，实现纯自然光供能下的持续飞行。相关成果7月18日在国际学术期刊《Nature》发表，这也是国内首个在《Nature》上发表的飞行器成果。

北航科研团队研发的太阳能动力静电电机微型无人机 网络图片

北航能源与动力工程学院教授漆明净表示，对于微型无人机来说，首要考虑让动力系统减少热量损耗，使太阳能电池片产生的电能高效转化为动能。在这种情况下，静电驱动方案转速低、发热少、效率高。

挑战和机遇并存

值得注意的是，静电电机虽然理论上可以实现更高的效率和更低的材料成本，但在实际应用中，维持强大静电场需要很高的电压。这增加了系统设计的复杂性，同时高电压也对电机的绝缘材料提出了更高的要求。

此外，静电电动机没有广泛的基础设施支持，现有的工业体系以电磁电动机为基础，转向静电电动机需要较大的技术调整和成本投入。

虽然现在讨论静电电机的大规模普及为时尚早，但就像锂离子电池从实验室走向千家万户那样，随着研究的推进和商业化的尝试，静电电机同样存在着巨大潜力。

C-Motive Technologies的Maroon表示，静电技术目前并不适合于电动汽车或传统无人机中的高速旋转电机。但如果其证明其吸引力，那么目前一些为传统电机设计的系统，如空调，可能会重新设计为使用静电电机。

罗克韦尔自动化的Crum表示：“任何初创公司和新技术都会有许多的不确定性。但是对于电机来说，包括风扇、泵、机器人在内的几乎每一个工业设施都在使用他们。如果静电电机被广泛采用，单是效率的提升就能带来千兆瓦级的电力能源节省。”

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