A Tuning‐Fork Triboelectric Nanogenerator with Frequency Multiplication for Efficient Mechanical Energy Harvesting

摩擦电效应 纳米发生器 音叉 电气工程 功率密度 能量收集 材料科学 风力发电 电介质 功率(物理) 光电子学 电压 声学 工程类 物理 振动 量子力学 复合材料
作者
Nian Liu,Di Liu,Yikui Gao,Shaoxin Li,Linglin Zhou,Zhihao Zhao,Shengnan Cui,Lu Liu,Zhong Lin Wang,Jie Wang
出处
期刊:Small methods [Wiley]
卷期号:6 (5): e2200066-e2200066 被引量:9
标识
DOI:10.1002/smtd.202200066
摘要

Abstract As a new technology for high‐entropy energy harvesting, a triboelectric nanogenerator (TENG) has broad applications in sensor networks and internet of things as a power source, but its average power density is limited by the fixed low‐frequency output. Here, a frequency‐multiplication TENG based on intrinsic high frequency of tuning fork is proposed which enables converting low‐frequency mechanical energy into high‐frequency electric energy. A tuning‐fork TENG is used to systematically study the effects of intrinsic frequency, dielectric's thickness, and gap distance on its electric performance, and a total transferred charges of 4.3 µC and an average power density of 9.42 mW m –2 are realized at the triggering frequency of 0.2 Hz, which are 71 times and 5.7 times than that of the single‐cycle output of conventional contact‐separation TENG, respectively. Moreover, the crest factor also decreases from 3.5 to around 1.5. Then, a homemade tuning fork‐like TENG is reasonably designed for harvesting ambient wind energy, achieving an average power density of 20.02 mW m –2 at a wind speed of 7 m s –1 . Specially, its impedance resistance is independent of the mechanical triggering frequency, simplifying the back‐end power management circuit design. Therefore, the frequency‐multiplication TENG shows a great potential for efficient distributed energy harvesting.
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