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研究进展

研究进展

程纲课题组在Nano Energy报道大尺寸水滴摩擦纳米发电机

来源: 河南大学材料学院    日期:2020-04-23   浏览次数:

 近期,程纲教授课题组的研究成果“Meter-scale Fabrication of Water-Driven Triboelectric Nanogenerator based on in-situ Grown Layered Double Hydroxides through a Bottom-up Approach”在国际著名刊物Nano Energy (IF=15.548, JCR一区)上发表。

 文章链接:https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2020.104646

 随着物联网(IoT)和人工智能的到来(AI)时代,传感器和传感系统将扮演更重要的角色,并向多功能和智能化方向发展。自从王中林教授团队发明了摩擦电纳米发电机(TENG)以来,它实现了从环境中收集机械能然后转化为电能的研究,并引起了极大的关注。TENG在收集低频机械能的同时具有很高的能量转换效率,然而,出于可持续目的,基于固-固接触的TENG的耐久性需要提高,因为在TENG的固-固界面上发生的摩擦非常严重,这妨碍了TENG的长期使用。最近,已经出现了一些基于液固接触模式的TENG,但是,这些报道的策略具有诸如制造过程复杂,成本高,尺寸限制等缺点。

 本工作报道了一种具有出色性能的大尺寸水滴摩擦纳米发电机(WD-TENG),使用基于原位生长的层状双氢氧化物(LDHs)作为摩擦电层,而铝则是生长的衬底并作为电极。通过表面功能化,可提供几乎“无摩擦”的表面,以最大程度地减少摩擦电层的磨损,获得更长的使用寿命以及更好的水能收集性能。 WD-TENG是在低温下使用这种自下而上的方法构建的,具有操作简便,成本低和可扩展性的优点。对于现有WD-TENG的生产方法而言,这是一种很有前途的策略,可应用于自供电传感系统以及有助于蓝色能源梦想的实现。

图1. 制备的长达一米的WD-TENG及六个不同区域的SEM图像,这些区域是从WD-TENG的六个不同位置(以绿色方块标记)随机选择的。水滴(R0≈3mm)在WD-TENG上的回弹实验。

图2. WD-TENG的输出性能:输出电压(a)和电流密度(b)和转移电荷(c);(d) WD-TENG的稳定性测试;(e)耐酸耐碱稳定性测试;(f)基于WD-TENG的自驱动流速计。

 崔鹏博士和博士生王京京为论文的共同第一作者,程纲教授和杜祖亮教授是本文的共同通讯作者。本工作得到国家自然科学基金委、河南省科技厅和河南大学的经费支持。

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