耐久性是摩擦电纳米发电机(TENG)的一个关键问题,因为它会显著影响其输出性能和稳定性。为了解决这一问题,科研工作者已经开发了用滚动杆/滚珠设计的TENG,以减少表面磨损。然而,它们的线/点接触严重降低了摩擦电表面的电荷产生能力。因此,开发具有高输出性能和低界面磨损的TENG仍是一个重大挑战。在这里,中国科学院Tinghai Cheng、王中林院士、Hengyu Li 提出了一种接触-滑动分离运动策略,以实现具有高输出性能和显著耐用性的TENG。
本文要点:
1) 与接触分离模式TENG相比,接触-滑动分离模式TENG(CSS-TENG)的电荷产生增加了1000%,输出功率增加了35.6倍。CSS-TENG在20万次循环后保持了99.8%的输出,直径为50毫米的摩擦电层每10000次循环的平均质量损失为0.2毫克(<独立模式TENG的4%)。
2) 此外,作者还设计了集成器件,实现了18.0W/m3的峰值功率密度。最后,在添加电源管理之后,CSS-TENG可以产生3.7mA的直流电,并点亮10个30W的灯。本研究解决了现有TENG的局限性,为开发高性能TENG提供了一个有效解决方案。
Yu Yang et.al Contact-sliding-separation mode triboelectric nanogenerator EES 2023
DOI: 10.1039/D3EE01290E
https://doi.org/10.1039/D3EE01290E