A Novel Triboelectric-Electromagnetic Hybrid Generator with a Multi-Layered Structure for Wind Energy Harvesting and Wind Vector Monitoring.

摩擦电效应 风力发电 发电机(电路理论) 风力发电机 电气工程 能量收集 能量(信号处理) 材料科学 工程类 声学 计算机科学 物理 功率(物理) 复合材料 量子力学
作者
Niu Jian-Zhang,Rong Hu,Ming Li,Luying Zhang,Bei Xu,Yaqi Zhang,Yi Luo,Jiang Ding,Qingshan Duan
出处
期刊:PubMed [National Institutes of Health]
卷期号:16 (7) 被引量:2
标识
DOI:10.3390/mi16070795
摘要

High-efficiency wind energy collection and precise wind vector monitoring are crucial for sustainable energy applications, smart agriculture, and environmental management. A novel multi-layered triboelectric-electromagnetic hybrid generator (TEHG) for broadband wind energy collection and wind vector monitoring was built. The TEHG comprises three functional layers corresponding to three modules: a soft-contact rotary triboelectric nanogenerator (S-TEHG), an electromagnetic generator (EMG), and eight flow-induced vibration triboelectric nanogenerators (F-TENGs), which are arranged in a circular array to enable low-wind-speed energy harvesting and multi-directional wind vector monitoring. The TEHG achieves broadband energy harvesting and demonstrates exceptional stability, maintaining a consistent electrical output after 3 h of continuous operation. The EMG charges a 1 mF capacitor to 1.5 V 738 times faster than conventional methods by a boost converter. The TEHG operates for 17.5 s to power a thermohygrometer for 103 s, achieving an average output power of 1.87 W with a power density of 11.2 W/m3, demonstrating an exceptional power supply capability. The F-TENGs can accurately determine the wind direction, with a wind speed detection error below 4.5%. This innovative structure leverages the strengths of both EMG and TENG technologies, offering a durable, multifunctional solution for sustainable energy and intelligent environmental sensing.
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