Soft-contact cylindrical triboelectric-electromagnetic hybrid nanogenerator based on swing structure for ultra-low frequency water wave energy harvesting

摩擦电效应 纳米发生器 材料科学 能量收集 转子(电动) 定子 光电子学 功率密度 摇摆 电气工程 功率(物理) 声学 压电 复合材料 工程类 物理 量子力学
作者
Yawei Feng,Xi Liang,Jie An,Tao Jiang,Zhong Lin Wang
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier]
卷期号:81: 105625-105625 被引量:210
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2020.105625
摘要

Ocean waves are promising green sources for energy exploitation, but harvesting such energy is quite challenging due to the apparent drawbacks of ultra-low vibration frequency and low efficiency. Here, a hybrid nanogenerator containing soft-contact cylindrical triboelectric nanogenerator and electromagnetic generator with swing structure was designed for ultra-low frequency wave energy converting. Brushes made of flexible rabbit hairs were introduced to separate stator-rotor pairs, with the function of charge pumping onto dielectric surface, which can reduce the operation resistance and improve the device durability. Based on the swing motion of rotor, over 60 current pulses can be generated within 15 s from either module by one external triggering, implying the output frequency multiplication and operation time extension. The optimized hybrid nanogenerator exhibits the best output response at 0.1 Hz of water wave agitation, delivering a peak power density of 10.16 W·m−3 and an average power density of 0.23 W·m−3. Furthermore, self-powered temperature mapping and wireless transmitting were successfully realized by a hybrid nanogenerator array to demonstrate its capability in collecting ultra-low frequency water wave energy. The distinctive structure and operation mechanism prompt the proposed hybrid nanogenerator to be a good candidate for large-scale blue energy harvesting.
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