Advanced Energy Materials:有效收集蓝色能源的稳固摆动结构摩擦纳米发电机

海浪能源是一种很有前途的可再生能源,但是由于技术的局限性,收集这种不规则的、随机的、超低频的能量颇具挑战性。摩擦纳米发电机(TENGs)的出现为海洋能的高效应用提供了良好的解决方案。但是此前报道的大部分TENG振荡频率与水波的激发频率相同,水波的低频运动导致了TENG的输出频率较低,从而使TENG的平均输出功率较低,目前还缺少有效的结构设计使TENG输出频率成倍的增加。此前尝试引入弹簧结构和钟摆结构来实现机械刺激停止后的持续运动,在一定程度上提高了工作频率和能量转换效率,但是对于大规模的海洋能收集来说,仍需深入研究持续提升TENG的输出性能。

近日,王中林院士领导的研究团队设计和制备了一种具有高能量转换效率的摆动结构摩擦纳米发电机(SS-TENG),用于超低频水波能量收集。相关结果以Robust Swing-Structured Triboelectric Nanogenerator for Efficient Blue Energy Harvesting为题发表在 Advanced Energy Materials 上(DOI: 10.1002/aenm.202000064)

该圆柱形TENG内部的摆动结构大大延长了其工作时间,并且输出功率得到了有效提升。空气间隙和柔性电刷的设计可实现最小的摩擦阻力和持续的摩擦电荷输出,从而增强了坚固性和耐用性。此摩擦纳米发电机具有长达88 s的摆动时间和高能量转换效率,并且在连续400,000次循环后性能基本保持不变。此外,还展示了发电机在水波能收集上的实际应用,发电机收集的能量可以为便携式电子器件供能用于自驱动传感和环境监测。由于摆动结构发电机独特的机理和优异的性能,它可能会成为大规模蓝色能源收集的有力竞争者。