同时收集机械能/热能/太阳能的力-热-光-电耦合纳米发电机

随着自驱动微纳系统的快速发展,研究者开发了不同类型的能量收集器用于收集我们生活环境中的清洁能源,例如,用于收集机械能的压电纳米发电机和摩擦纳米发电机,用于收集热能的热释电纳米发电机和热电纳米发电机,用于收集太阳能的光伏电池。为了实现不同类型能量的同时收集,普遍的思路是将两种或多种能量收集器打包成为一个复合能源器件,这种技术提高了器件的输出功率,在一定程度上解决了更高功耗电子器件的自驱动问题。然而现有的复合能源器件主要是不同类型能量收集器的串/并联堆叠,各个能量收集器单元的输出电极相互独立,整个器件的结构较为复杂,不利于器件的小型化和一体化发展。

Energy-yangya

近期,中国科学院北京纳米能源与系统研究所杨亚课题组设计了一种能够收集多种能量的力-热-光-电耦合纳米发电机。该耦合纳米发电机通过引入兼具压电、热释电和光电性质的锆钛酸铅(PZT),集压电-摩擦电纳米发电机、热释电纳米发电机和光伏电池于一身,并且各个发电单元共用输出电极,器件结构简单,当环境中存在一种能量或者多种能量共存的时候,可满足单独或同时收集机械能、热能以及太阳能,实现从周围环境中最大限度地获取能源。通过兼顾热释电纳米发电机和光伏电池的较高输出电压以及压电-摩擦电纳米发电机的较大输出电流,该耦合纳米发电机最终能够输出高达5 μA的峰值电流、80 V的峰值电压和50 V的平台电压。

我们相信,此项研究将会为基于多种效应耦合的复合能源器件研究提供新的思路,并为实现从环境中最大限度地获取能源提供了可能性。相关论文在线发表在Advanced Energy Materials(DOI: 10.1002/aenm.201601852)上。