Gas-solid two-phase flow-driven triboelectric nanogenerator for wind-sand energy harvesting and self-powered monitoring sensor

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作者
Shiwei Xu,Yange Feng,Ying Liu,Zishuai Wu,Zhinan Zhang,Min Feng,Sainan Zhang,Guoyun Sun,Daoai Wang
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier]
卷期号:85: 106023-106023 被引量:31
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2021.106023
摘要

A new type of gas-solid two-phase flow-based triboelectric nanogenerator (WS-TENG) is fabricated for collecting triboelectric energy in wind-blown sand environment, producing direct current output, and harvesting kinetic energy of continuous wind-blown sand flow. A single-electrode mode WS-TENG is designed with polytetrafluoroethylene (PTFE) as friction layer and used to investigate triboelectrification between wind-blown sand flow and friction layer surface using sediment-air injection method. Results showed that both short-circuit current (Isc) and output voltage (Vo) are direct current modes that increase with increasing impact angle and sand feed rate and reach 2 µA and 55 V, respectively, at a flow velocity of 18 m·s−1 to charge capacitor and light up five LEDs as a wind-blown sand flow kinetic energy collector. Moreover, output performance of WS-TENG can be improved further by pre-charging the floating sand using a PTFE pipe due to coupling of electrostatic induction and triboelectrification effect. WS-TENG was also applied as a self-powered sensor for aeolian sand transport rate in harsh sandstorm environment, thereby indicating its potential application for tracking the evolution of aeolian desertification and developing practical sensing applications of gas-solid two-phase flow-based TENG.

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