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Harnessing Flexoelectric and Piezoelectric Effects for Self-Charging Power Systems

纳米发生器 压电 材料科学 纳米棒 功率密度 光电子学 纳米技术 电压 储能 异质结 功率(物理) 电气工程 复合材料 量子力学 物理 工程类
作者
Chongsei Yoon,Swathi Ippili,Alphi Maria Thomas,Batzorig Buyantogtokh,Seungbum Hong,Venkatraju Jella,Van‐Dang Tran,Soon‐Gil Yoon
出处
期刊:ACS energy letters [American Chemical Society]
卷期号:8 (11): 4634-4642 被引量:17
标识
DOI:10.1021/acsenergylett.3c01876
摘要

Stretchable mechanical energy harvesters are in high demand as sustainable power sources and self-powered systems for wearable electronics and biomedical devices. In this study, a stretchable flexoelectric–piezoelectric nanogenerator (FPENG) composed of a zinc–aluminum layered double hydroxide nanosheets–ZnO nanorods (ZnAl:LDH NSs–ZnO NRs) heterostructure is developed. The coupling of the flexoelectric effect of ZnAl:LDH NSs and the piezoelectric effect of ZnO NRs enhances the output performance of the FPENG. The FPENG generates an open-circuit voltage (Voc) of 41.5 V, a short-circuit current density (Jsc) of 4.57 μA/cm2, and a maximum power density of 68.2 μW/cm2 with good mechanical durability, while the device under stretching at 60% strain generates a Voc of 1.85 V and Jsc of 0.09 μA/cm2. The energy generated from the FPENG is stored in a Li-ion battery, demonstrating a self-charging power unit. These findings present a simple method to develop FPENGs with enhanced performance by coupling flexoelectric and piezoelectric effects for wearable devices.
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