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

摩擦电效应 纳米发生器 材料科学 风速 体积流量 电压 静电感应 风力发电 复合材料 光电子学 电极 电气工程 机械 气象学 工程类 压电 物理化学 物理 化学
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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