Characteristic of solid-ferrofluid triboelectric nanogenerator for ultra-low-frequency vibration energy harvesting

摩擦电效应 纳米发生器 材料科学 能量收集 磁流体 接触带电 振动 电压 功率密度 光电子学 核磁共振 电气工程 复合材料 声学 压电 磁场 功率(物理) 工程类 物理 量子力学
作者
Yurun Chen,Hu Zhang,Caihua Xu,Long Deng,Qiliang Yang,Haitao Zhang,Jianchun Xing,Liqiang Xie
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier BV]
卷期号:111: 108395-108395 被引量:33
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2023.108395
摘要

Durability problems caused by friction loss have restricted the development of a solid-solid triboelectric nanogenerator, which has provided an opportunity for the solid-liquid triboelectric nanogenerator. Ferrofluid has been used in the solid-liquid triboelectric nanogenerators due to its liquid and magnetization properties. In this study, we propose a solid-ferrofluid triboelectric nanogenerator (SF-TENG) for ultra-low-frequency vibration energy harvesting. This SF-TENG can harvest swing vibrations using friction electrification between the polytetrafluoroethylene shell and ferrofluid. To increase the moving speeds of charges, we applied a magnetic field to the SF-TENG to raise the flow velocity of the ferrofluid. The volume of ferrofluid and the magnetic field intensity applied were optimized to enhance the performance of the SF-TENG. We then characterized the SF-TENG by applying frequency swing vibrations of 0.1–0.5 Hz. When the frequency of the input swing was 0.5 Hz, the peak-to-peak value of the open-circuit voltages was 0.98 V, and the maximum instantaneous current was 1.05 nA. In addition, the output power was approximately 1.03 nW, and the power density was 0.0426 mW/m3. The peak output power of the SF-TENG parallel array reached 18.2 nW at the 700 MΩ load resistance. And the capacitor with capacity of 1 μF can be charged to 1.5 V in 150 s.
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