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Airflow‐Driven Triboelectric‐Electromagnetic Hybridized Nanogenerator for Biomechanical Energy Harvesting

摩擦电效应 纳米发生器 材料科学 能量收集 数码产品 可穿戴技术 机械能 声学 振动 电气工程 可穿戴计算机 电压 复合材料 物理 功率(物理) 工程类 量子力学 嵌入式系统
作者
Tiago M. Alves,Cátia Rodrígues,Carlos Callaty,Cândido Duarte,J. Ventura
出处
期刊:Advanced materials and technologies [Wiley]
卷期号:8 (19)
标识
DOI:10.1002/admt.202300689
摘要

Abstract The increasing use of wearable electronics calls for sustainable energy solutions. Biomechanical energy harvesting appears as an attractive solution to replace the use of batteries in wearables, as the body generates sufficient power to drive small electronics. In particular, triboelectric nanogenerators (TENGs) have emerged as a promising approach due to its lightweight and high power density. In this work, a TENG is hybridized with an electromagnetic generator (EMG) to harvest energy from the foot strike. An enclosed radial‐flow turbine is optimized and used to convert the foot‐strike low‐frequency linear movement into a higher‐frequency rotational motion (by a factor of ≈12). Besides increasing the motion frequency, the employed mechanism is physically robust and enables a continuous operation from irregular mechanical excitations. A single TENG unit operating in the freestanding mode generated an optimal power of 4.72 µW and transferred a short‐circuit charge of 2.3 nC. The TENG+EMG hybridization allows to power a digital pedometer even after the mechanical input stopped. Finally, the energy harvester is incorporated into a commercial shoe to power the same pedometer from foot walking. The obtained results validate the developed prototype ability to serve as a portable power source that can drive sensors and wearable electronics.
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