Elastic Polarization Configuration Coupled with Activity Rattling Space Boosts Energy Harvesting Performance of Lead‐Free Piezoceramic

材料科学 压电 极化(电化学) 电压 电致伸缩 能量收集 压电系数 悬臂梁 光电子学 电气工程 功率(物理) 复合材料 工程类 物理 物理化学 化学 量子力学
作者
Kaibiao Xi,Yudong Hou,Mupeng Zheng,Mankang Zhu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (29) 被引量:16
标识
DOI:10.1002/adfm.202401487
摘要

Abstract Piezoelectric energy harvesting technology is drawing substantial attention as an eco‐friendly method to promote energy transformation, which is at the forefront of current scientific research. However, the difficulties involved in obtaining a stable output voltage ( V out ) and a controllable output current density ( I out ) represent bottlenecks in the development of piezoelectric energy harvesters (PEHs) for practical applications. Here, a novel strategy that couples elastic polarization configuration with activity rattling space in lead‐free potassium sodium niobate‐based piezoceramics is proposed to break through this barrier. The cantilever beam‐type PEHs assembled using the rationally designed piezoceramic system show a stable V out (≈22 V) and a controllable I out over the range from 6.09 to 20.16 µA cm −2 , which is sufficient to drive multiple types of wireless sensors that have the same rated voltage but different rated current requirements. These fantastic power generation performances are associated with a stable piezoelectric voltage coefficient ( g 33 ), an increasing piezoelectric charge coefficient ( d 33 ), and a weakened electrostrictive coefficient ( Q 33 ) that stem from polarization configuration optimization in combination with introduction of the activity rattling space design. This work provides a good approach to modulation of the overall performance of piezoelectric materials to meet the demands of advanced PEH applications.
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