A rolling-mode triboelectric nanogenerator with multi-tunnel grating electrodes and opposite-charge-enhancement for wave energy harvesting

摩擦电效应 纳米发生器 能量收集 电极 电荷(物理) 光电子学 模式(计算机接口) 栅栏 材料科学 静电感应 能量(信号处理) 物理 纳米技术 电压 电气工程 计算机科学 工程类 复合材料 量子力学 操作系统
作者
Yawei Wang,Hengxu Du,Hengyi Yang,Ziyue Xi,Cong Zhao,Zian Qian,Xinyuan Chuai,Xuzhang Peng,Hongyong Yu,Yu Zhang,Xin Li,Guobiao Hu,Hao Wang,Minyi Xu
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:15 (1): 6834-6834 被引量:85
标识
DOI:10.1038/s41467-024-51245-5
摘要

In light of the crucial role of marine ecosystems and the escalating environmental conservation challenges, it is essential to conduct marine monitoring to help implement targeted environmental protection measures efficiently. Energy harvesting technologies, particularly triboelectric nanogenerators (TENGs), have great potential for prolonging the lifespan and enhancing the reliability of sensors in remote areas. However, the high internal resistance, low current, and friction-induced abrasion issues of TENGs limit their performance in practical applications. This work presents a rolling mode triboelectric nanogenerator that utilizes multi-tunnel grating electrodes and the opposite-charge-enhancement mechanism to harvest wave energy efficiently. The device achieves significant instantaneous and root mean square power density of 185.4 W/(m3·Hz) and 10.92 W/(m3·Hz), respectively. By utilizing stacked devices and an exclusively designed power management module, a self-powered ocean sensing system including computing and long-range wireless communication (0.8 km) capabilities was developed. Laboratory and in-situ ocean tests were conducted to assess and validate the system. This work offers a potential solution for the challenging deployment of marine self-powered sensing nodes.
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