Ultrahigh Electricity Generation from Low-Frequency Mechanical Energy by Efficient Energy Management

摩擦电效应 能量(信号处理) 电压 电气工程 电势能 功率密度 能源管理 机械能 发电 变压器 能量收集 材料科学 功率(物理) 工程类 物理 量子力学 复合材料
作者
Zhao Wang,Wenlin Liu,Wencong He,Hengyu Guo,Long Li,Yi Xi,Wang Xue,Anping Liu,Chenguo Hu
出处
期刊:Joule [Elsevier BV]
卷期号:5 (2): 441-455 被引量:208
标识
DOI:10.1016/j.joule.2020.12.023
摘要

An efficient energy-management strategy is critical for the energy utilization of triboelectric nanogenerators (TENGs), of which the switch and convertor are two key parts. However, common switches only withstand limited voltage (∼102 V), while the convertors for electrostatic energy are diversely designed without standard principles. Here, we report a simple, tunable auto-spark switch to achieve energy accumulation and fast release and develop a standard design procedure of matched transformer for electrostatic energy conversion. We establish an ultrahigh voltage (over 7.5 kV) energy-management system for TENG. Ultrahigh output charge of 660 μC per cycle, pulsed power density of 11.13 kW m−2, and constant power density of 291 mW m−2 at 3 Hz are all achieved. With this energy-management unit, TENGs can continuously power a wireless sensors network at 1 Hz. This energy-management approach enables TENGs to present a breakthrough in practical applications.
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