Water-Triboelectrification-Complemented Moisture Electric Generator

摩擦电效应 水分 发电机(电路理论) 材料科学 环境科学 纳米技术 复合材料 物理 功率(物理) 热力学
作者
Fangzhou Li,Jian Zhao,Bin Li,Zechao Han,Linglan Guo,Peicheng Han,Hyun Ho Kim,Yanjie Su,Li Zhu,Daozhi Shen
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:18 (44): 30658-30667 被引量:8
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c09581
摘要

Energy harvesting from ubiquitous natural water vapor based on moisture electric generator (MEG) technology holds great potential to power portable electronics, the Internet of Things, and wireless transmission. However, most devices still encounter challenges of low output, and a single MEG complemented with another form of energy harvesting for achieving high power has seldom been demonstrated. Herein, we report a flexible and efficient hybrid generator capable of harvesting moisture and tribo energies simultaneously, both from the source of water droplets. The moisture electric and triboelectric layers are based on a water-absorbent citric acid (CA)-mediated polyglutamic acid (PGA) hydrogel and porous electret expanded polytetrafluoroethylene (E-PTFE), respectively. Such a waterproof E-PTFE film not only enables efficient triboelectrification with water droplets' contact but also facilitates water vapor to be transferred into the hydrogel layer for moisture electricity generation. A single hybrid generator under water droplets' impact delivers a DC voltage of 0.55 V and a peak current density of 120 μA cm-2 from the MEG, together with a simultaneous AC output voltage of 300 V and a current of 400 μA from the complementary water-based triboelectric generator (TEG) side. Such a hybrid generator can work even under harsh wild environments with 5 °C cold and saltwater impacts. Significantly, an optical alarm and wireless communication system for wild, complex, and emergency scenarios is demonstrated with power from the hybrid generators. This work expands the applications of water-based electricity generation technologies and provides insight into harvesting multiple potential energies in the natural environment with high output.
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