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 材料科学 功率(物理) 工程类 物理 复合材料 量子力学
作者
Zhao Wang,Liu Wen-lin,Wencong He,Hengyu Guo,Long Li,Yunfei Xi,Xue Wang,Anping Liu,Chenguo Hu
出处
期刊:Joule [Elsevier]
卷期号:5 (2): 441-455 被引量:149
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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