Dynamic interfacial electrostatic energy harvesting via a single wire

摩擦电效应 能量收集 材料科学 电势能 电压 机械能 电介质 静电学 光电子学 工程物理 能量(信号处理) 电气工程 纳米技术 功率(物理) 复合材料 物理 工程类 量子力学
作者
Lixia He,Yikui Gao,Di Liu,Yuexiao Hu,Jianxun Shi,Jiayue Zhang,Xinyuan Li,Bingzhe Jin,Baofeng Zhang,Zhong Lin Wang,Jie Wang
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:10 (24) 被引量:3
标识
DOI:10.1126/sciadv.ado5362
摘要

Spontaneously occurred electrostatic breakdown releases enormous energy, but harnessing the energy remains a notable challenge due to its irregularity and instantaneity. Here, we propose a revolutionary method that effectively harvests the energy of dynamic interfacial electrostatic breakdown by simply imbedding a conductive wire (diameter, 25 micrometers) beneath dielectric materials to regulate the originally chaotic and distributed electrostatic energy resulted from contact electrification into aggregation, effectively transforming mechanical energy into electricity. A point-charge physical model is proposed to explain the power generation process and output characteristics, guide structural design, and enhance output performance. Furthermore, a quantified triboelectric series including 72 dielectric material pairs is established for materials choice and optimization. In addition, a high voltage of over 10 kilovolts is achieved using polytetrafluoroethylene and polyethylene terephthalate. This work opens a door for effectively using electrostatic energy, offering promising applications ranging from novel high-voltage power sources, smart clothing, and internet of things.
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