Charge Accumulation Effect Enabled by a Bioinspired Self‐lubricating Triboelectric Nanogenerator for Both High Average Power Density and Long Durability

摩擦电效应 纳米发生器 材料科学 耐久性 功率(物理) 纳米技术 电荷(物理) 功率密度 复合材料 工程物理 光电子学 热力学 物理 量子力学 压电 工程类
作者
Ai Chen,Qixuan Zeng,Liming Tan,Ting‐Yu Wang,Fan Xu,Jian Wang,Xingming Tao,Yuchen Yang,Xue Wang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (45) 被引量:15
标识
DOI:10.1002/adfm.202405698
摘要

Abstract Recently through the synergetic utilization of triboelectrification, electrostatic induction, and electrostatic discharge, a novel dual‐functional triboelectric nanogenerator (DF‐TENG) has been developed, which can not only generate a motion‐responsible alternating current/ direct current output but also provide a higher performance compared to traditional TENGs. However, further improvements in performance and lifespan are crucial and remain challenging for the future large‐scale application of this new‐type TENG. Herein, a novel bioinspired self‐lubricating prototype is presented (BS‐TENG), which employs a porous polyurethane (PU) matrix impregnated with a low‐viscosity dielectric lubricant. In response to external mechanical stimuli, the BS‐TENG can “secrete” pre‐stored lubricant to partially fill micro‐gaps between tribo‐layers, thus forming self‐lubrication. This self‐lubricating mechanism not only elevates the electrostatic discharge threshold between tribo‐layers to maximize charge accumulation, thereby facilitating efficient energy release through electrostatic discharge for enhanced power output, but also significantly reduces material abrasion and realizes superior output durability. Benefiting from this effect, the BS‐TENG delivers an average power density of up to 4.6 W m−2, with extraordinary stability to retain 99% of its initial output even after over 60 000 cycles. This work provides a straightforward and effective strategy for realizing high‐performance and long‐stability TENGs, paving the way for their practical applications.
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