High‐Performance Yet Sustainable Triboelectric Nanogenerator Based on Sulfur‐Rich Polymer Composite with MXene Segregated Structure

摩擦电效应 材料科学 复合数 纳米发生器 电介质 纳米技术 复合材料 化学工程 光电子学 压电 工程类
作者
Woongbi Cho,S KIM,Hyeonhoo Lee,Nara Han,Hyunki Kim,Jeong Yong Lee,Tae Hee Han,Jeong Jae Wie
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
被引量:1
标识
DOI:10.1002/adma.202404163
摘要

Abstract State‐of‐the‐art triboelectric nanogenerators (TENGs) typically employ fluoropolymers, highly negative chargeable materials in triboelectric series. However, many researchers nowadays are concerned about environmental pollution caused by poly‐and per‐fluoroalkyl substances (PFAS) due to their critical immunotoxicity as fluoropolymers are likely to release PFAS into the ecosystem during their life cycle. Herein, a sulfur‐rich polymer (SRP)/MXene composite, offering high‐performance yet sustainable TENG is developed. Value‐addition of sulfur into SRP‐based TENG has huge advantages since sulfur is abundant waste from petroleum refining and possesses the highest electron affinity (−200 kJ mol −1 ) among polymerizable atoms. MXene segregated structure is introduced into SRP to achieve homogeneous distribution without electrical percolation by utilizing below 0.5 wt% of MXene, resulting in a significantly enhanced dielectric constant without a drastic increase of dielectric loss. Due to homogeneous MXene distribution, SRP/MXene composite‐based TENG demonstrates 2.9 times and 19.5 times enhances peak voltage and peak current compared to previous SRP‐based TENGs. Additionally, it exhibits reusability without critical reduction of modulus and TENG performance due to dynamically exchangeable disulfide bonds. Finally, after the corona discharging and scaling‐up process to a 4‐inch wafer size, SRP/MXene composite‐based TENG exhibits an 8.4 times improvement in peak power density, reaching 3.80 W m −2 compared to previous SRP‐based TENGs.
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