3D spirally coiled piezoelectric nanogenerator for large impact energy harvesting

纳米发生器 压电 材料科学 能量收集 机械能 电压 功率密度 摩擦电效应 工作(物理) 体积热力学 光电子学 功率(物理) 复合材料 机械工程 电气工程 热力学 物理 工程类
作者
Binbin Ma,Li Cheng,Suo Bai,Xingtao Jia,Jun Ma,Jiling Zhao,Long Wang,Yong Qin
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier]
卷期号:111: 108412-108412 被引量:7
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2023.108412
摘要

Piezoelectric nanogenerator is an emerging technology that can convert irregular discrete mechanical energy in the environment into electricity, which provides a long-term continuous power supply solution for mobile distributed electronics. However, it is still difficult to effectively harvest the large impact mechanical energy. Here, we developed a new kind of three-dimensional spirally coiled piezoelectric nanogenerator (SC-PENG), which can effectively convert irregular axial impact forces into uniform radial pressures, and achieve large-scale impact mechanical energy harvesting (corresponding pressures range from 80 kPa to 6.32 MPa). Especially, under a large impact pressure of 3.05 MPa, the output current, voltage and the equivalent transfer charge density of SC-PENG is up to 196 μA, 36 V and 2550 μC m−2 respectively, which break the record of PENG among previous studies. The volume of the piezoelectric film and the corresponding volume charge density are 0.224 cm−3 and 580 nC cm−3, respectively. Moreover, factors such as particle connectivity and modulus of the piezoelectric film are explored in detail, which can further improve the electromechanical conversion capability of PENG. This work not only achieves high electrical output of PENG, but also paves an efficient strategy for large impact mechanical energy harvesting towards practical application.
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