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我院王佩红教授课题组在摩擦纳米发电机领域取得重要进展

作者:来源:物理与材料科学学院 日期:2020-05-15点击:10属于:学院动态
 

近日,我院王佩红教授课题组在面向蓝色能源的摩擦纳米发电机研究领域取得重要进展,相关成果以High-performance cylindrical pendulum shaped triboelectric nanogenerators driven by water wave energy for full-automatic and self-powered wireless hydrological monitoring system为题发表于《Nano Energy》杂志。我院2019级博士研究生芮品淑同学和章文副教授为论文的共同第一作者,王佩红教授为论文的通讯作者。

1 (a)用于收集波浪能的新型圆柱形TENG结构示意图;(b)电极之间电势分布仿真图;(c)TENG在不同负载下的输出电流及功率关系;(d)水波驱动下TENG阵列为全自动无线水文监测系统自供电的实物图以及(e)未来智慧海洋使用该TENG网络为各种海洋传感器供电的蓝图。

 

海洋能作为一种潜力巨大的清洁无污染能源,其开发与利用长期受到学术界和工业界关注。但是,现有的各种波浪能收集装置体积庞大、成本太高且能量转换效率很低。因此,来自潮汐和海浪的海洋能仍然是地球上最昂贵的能源形式。基于摩擦起电和静电感应效应,摩擦纳米发电机(TENG)能够直接将各种各样无规则的机械运动能高效转化为电能,为收集各种低频机械能特别是低频随机海洋波浪能量提供了一种可行的思路。

当前用于收集波浪能的摩擦纳米发电机的挑战在于如何在增大发电机输出功率的同时减小摩擦阻力的影响。基于此,王佩红教授课题组提出了一种面向波浪能收集的高性能圆柱形TENG的新型设计方案,利用圆柱形复摆结构有效收集各种往复运动能量包括波浪能。新型的拱形薄膜结构设计不仅增加接触面积,而且实现了双向转动,同时柔弹性接触又大大降低了摩擦阻力。该TENG的峰值功率密度达到了28.2 W m-3,是传统球壳结构TENG4倍。在水波驱动下,由4个圆柱形TENG构成的TENG网络成功驱动了一个全自动水文监测和无线数据传输系统。该新型TENG在未来蓝色能源收集与自驱动水文监测等领域展现出良好的应用前景。

上述研究工作得到了国家自然科学基金、安徽省高校优秀拔尖人才培育基金和安徽大学优秀人才计划等项目的支持。

论文链接为:https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2020.104937

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