Theoretical investigation of air breakdown direct current triboelectric nanogenerator

摩擦电效应 纳米发生器 整改 直流电 材料科学 功率(物理) 电流(流体) 光电子学 电压 工程物理 计算机科学 电气工程 复合材料 物理 工程类 量子力学
作者
Sixing Xu,Hengyu Guo,Steven L. Zhang,Long Jin,Wenbo Ding,Xiaohong Wang,Zhong Lin Wang
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:116 (26) 被引量:32
标识
DOI:10.1063/5.0011539
摘要

A triboelectric nanogenerator (TENG), which harvests ubiquitous ambient mechanical energy, is a promising power source for distributed energy. Recently reported new generation direct current TENG (DC-TENG) based on the air breakdown effect exhibits unique advantages over conventional modes of TENG devices, such as free-of-rectification and intrinsic switching behavior. However, owing to different working mechanisms and output characteristics, existing theory and power management strategies are not suitable for in-depth understanding and further advancement of air breakdown DC-TENG. Herein, a theoretical study and experimental verification that systematically investigate the physics, output characteristics, and power management strategy of air breakdown DC-TENG is presented. A general simulation model is then proposed and verified through a statistical analysis method. Contrary to previous understanding of a highly conductive breakdown pathway, a huge resistance is observed and causes inevitable energy loss, which is regarded to be caused by corona discharge. Finally, device optimization and power management strategies are discussed, and fundamental guidance is given for the rational design of air breakdown DC-TENG.

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