Noncontact Free-Rotating Disk Triboelectric Nanogenerator as a Sustainable Energy Harvester and Self-Powered Mechanical Sensor

纳米发生器 摩擦电效应 材料科学 机械能 能量收集 功率密度 电池(电) 功率(物理) 光电子学 压电 旋转(数学) 工作(物理) 电气工程 机械工程 计算机科学 工程类 物理 人工智能 量子力学 复合材料
作者
Long Lin,Sihong Wang,Simiao Niu,Chang Liu,Yannan Xie,Zhong Lin Wang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:6 (4): 3031-3038 被引量:274
标识
DOI:10.1021/am405637s
摘要

In this work, we introduced an innovative noncontact, free-rotating disk triboelectric nanogenerator (FRD-TENG) for sustainably scavenging the mechanical energy from rotary motions. Its working principle was clarified through numerical calculations of the relative-rotation-induced potential difference, which serves as the driving force for the electricity generation. The unique characteristic of the FRD-TENG enables its high output performance compared to its working at the contact mode, with an effective output power density of 1.22 W/m 2 for continuously driving 100 light-emitting diodes. Ultrahigh stability of the output and exceptional durability of the device structure were achieved, and the reliable output was utilized for fast/effective charging of a lithium ion battery. Based on the relationship between its output performance and the parameters of the mechanical stimuli, the FRD-TENG could be employed as a self-powered mechanical sensor, for simultaneously detecting the vertical displacement and rotation speed. The FRD-TENG has superior advantages over the existing disk triboelectric nanogenerator, and exhibits significant progress toward practical applications of nanogenerators for both energy harvesting and self-powered sensor networks.
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