Energy Conversion Analysis of Multilayered Triboelectric Nanogenerators for Synergistic Rain and Solar Energy Harvesting

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作者
Zheng Yang,Tong Liu,Junpeng Wu,Tiantian Xu,Xiandi Wang,Xun Han,Hongzhi Cui,Xiaofeng Xu,Caofeng Pan,Xiaoyi Li
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:34 (28) 被引量:90
标识
DOI:10.1002/adma.202202238
摘要

The triboelectric nanogenerator (TENG) is an emerging technology that offers excellent potential for the conversion of mechanical energy from rain into electricity for hybrid energy applications. However, a high-performance TENG is yet to be achieved because a quantitative analysis method for the energy conversion process is still lacking. Herein, a quantitative analysis method, termed the "kinetic energy calculation and current integration" (KECCI) method, which significantly improves the understanding of the mechanical-to-electrical energy conversion process, is presented. Based on the KECCI method, a high-performance TENG is developed by systematically optimizing a biomimetic surface structure and instant switch design, with 1.25 mA short-circuit current (Isc ), 150 V open-circuit voltage (Voc ), and a high energy-conversion efficiency of 24.89%. Furthermore, a multilayered TENG device is proposed for continuously harvesting the kinetic energy of raindrops for further improvement in the energy-conversion efficiency. Finally, the multilayered TENGs are integrated with organic photovoltaics, achieving all-weather energy harvesting. This work presents a validated theoretical basis that will guide further development of TENGs toward higher performances, which will promote the commercialization of hybrid TENG systems for all-weather applications.
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