Charge Pumping Strategy for Rotation and Sliding Type Triboelectric Nanogenerators

摩擦电效应 纳米发生器 材料科学 接触带电 静电感应 机械能 能量收集 功率密度 解耦(概率) 功率(物理) 机械工程 光电子学 电压 电气工程 工程物理 复合材料 工程类 控制工程 物理 量子力学 电极
作者
Yu Bai,Liang Xu,Shiquan Lin,Jianjun Luo,Huaifang Qin,Kai Han,Zhong Lin Wang
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:10 (21) 被引量:175
标识
DOI:10.1002/aenm.202000605
摘要

Abstract Triboelectric nanogenerator (TENG) is an emerging approach for harvesting energy from the living environment. But its performance is limited by the maximum density of surface charges created by contact electrification. Here, by rationally designing a synchronous rotation structure, a charge pumping strategy is realized for the first time in a rotary sliding TENGs, which is demonstrated to enhance the charge density by a factor of 9, setting up a record for rotary TENGs. The average power is boosted by more than 15 times compared with normal TENGs, achieving an ultrahigh average power density of 1.66 kW m −3 , under a low drive frequency of 2 Hz. Moreover, the charge pumping mechanism enables decoupling of bound charge generation and the severity of interfacial friction in the main TENG, allowing surface lubricants to be applied for suppressing abrasion and lowering heat generation. The adaptability of the strategy to rotation and sliding type TENGs in low‐frequency agitations provides a breakthrough to the bottleneck of power output for mechanical energy harvesting, and should have a great impact on high‐power TENG design and practical applications in various fields.
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